DE102021006524B4

DE102021006524B4 - Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten

Info

Publication number: DE102021006524B4
Application number: DE102021006524.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Maurath; Simone Schuster
Original assignee: Mimplus Tech & Co KG GmbH; Mimplus Technologies & Co KG GmbH
Current assignee: Mimplus Tech & Co KG GmbH; Mimplus Technologies & Co KG GmbH
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2023-01-26
Anticipated expiration: 2041-02-16
Also published as: DE102021006524A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten (4), wobei als Rohmagnet (4) ein Halbach-Array hergestellt wird, wobei- aus einem ersten magnetischen Ausgangsmaterial (1.1) eine erste Rohform (2.1) mittels Spritzgießens in einem eine Magnetfeldausrichtung (19) aufweisenden extern anliegenden Magnetfeld (21) hergestellt wird, wobei- anschließend die erste Rohform (2.1) derart gedreht wird, dass eine Partikelausrichtung (7) in der ersten Rohform (2.1) orthogonal zu der Magnetfeldausrichtung (19) ist, wobei- aus einem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial (1.2) eine zweite Rohform (2.2) mittels Spritzgießen in dem extern anliegenden Magnetfeld (21) an die gedrehte erste Rohform (2.1) angespritzt wird, wobei- die dritte Rohform (3) hergestellt wird, wobei- die dritte Rohform (3) gesintert wird, wobei der Rohmagnet (4) erhalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten.
Permanentmagnete aus der Gruppe der Seltenen Erden werden in einer Vielzahl von technischen Anwendungen eingesetzt und zeichnen sich durch ein besonders hohes Energieprodukt aus. Insbesondere Neodym-Eisen-Bor-Magnete weisen ein Energieprodukt von bis zu 400 kJ/m³ auf.
Bekannte Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten umfassen das Herstellen, insbesondere das Pressen, einer Rohform und das anschließende Sintern der Rohform. Nachteilig bei diesen Verfahren ist, dass nur einfache Magnetformen, insbesondere Zylinder oder Quader, und/oder einfache Magnetisierungen, insbesondere eine axiale Magnetisierung, realisierbar sind. Eine an eine spezielle Anforderung angepasste Magnetform und/oder Magnetisierung ist daher nicht möglich.
Zur Realisierung komplexer Magnetformen und/oder komplexer Magnetisierungen sind Verfahren bekannt, bei denen mindestens zwei aufmagnetisierte Magnete miteinander verbunden werden. Nachteilig daran ist, dass diese Verfahren aufgrund der gegenseitigen Anziehung der Magnete sehr umständlich und aufwendig sind. Darüber hinaus können die Magnete beschädigt werden, und ein Werker kann verletzt werden, insbesondere in Form von Quetschungen, wenn die Magnete aufgrund ihrer gegenseitigen Anziehung unkontrolliert aufeinanderprallen.
Darüber hinaus ist eine mechanische Fixierung von einem Magnet, welcher mindestens ein Seltene-Erden-Element aufweist, in einer Baugruppe nicht möglich. Die Gründe hierfür sind unter anderem die einfache Magnetform, und dass Gewinde und Bohrungen nicht mittels Presssintern hergestellt werden können. Ebenfalls ist eine spanende Nachbearbeitung des Magneten schwierig, da dieser äußerst spröde ist, und sollte mit dem Ziel einer effizienten Rohstoffausnutzung vermieden werden.
Zur Fixierung von Magneten, insbesondere in einer Baugruppe, sind Verfahren bekannt, bei denen die Magnete in die Baugruppe geklebt werden oder mit einem Tränkharz übergossen oder umspritzt werden. Nachteilig daran ist, dass die Montage sehr aufwändig ist und dass der Kleber und/oder das Tränkharz eine Korrosion des Magneten verursachen kann.
Weiterhin offenbart die j apanische Patentschrift JP 2004- 128 302 A ein Verfahren zur Herstellung einer Rohform. Dabei wird Pulver eines gesinterten Seltene-Erden-Magneten in eine Form gefüllt, wobei die Form ausgebildet ist, um einer Rohform eine magnetische Anisotropie zu verleihen. Das Formen der Rohform wird in einem Magnetfeld durchgeführt, sodass die Rohform die magnetische Anisotropie aufweist. Eine Mehrzahl an Rohformen werden magnetisch angezogen, indem eine magnetische Anziehung durch Restmagnetismus verwendet wird. Anschließend werden die magnetisch miteinander verbundenen Rohformen gesintert, wobei die Mehrzahl an Rohformen zu einer zusammenhängenden Struktur verbunden werden. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten offenbart, wobei aus einem ersten magnetischen Ausgangsmaterial eine erste Rohform hergestellt wird, wobei aus einem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial eine zweite Rohform hergestellt wird, wobei an mindestens eine Rohform, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der ersten Rohform und der zweiten Rohform, während und/oder nach der Herstellung der Rohform ein externes Magnetfeld angelegt wird, wobei aus der ersten Rohform und der zweiten Rohform mittels Fügens miteinander eine dritte Rohform hergestellt wird, wobei die dritte Rohform gesintert wird, und wobei der Rohmagnet erhalten wird.
Darüber hinaus offenbart die japanische Patentschrift JP 2 911 017 B2 ein Verfahren zur Herstellung eines radial anisotropen gesinterten Magneten. Dabei wird eine R-Fe-B-basierte Seltene-Erden-Legierung in Pulverform bereitgestellt. Das Pulver wird in eine Metallform gefüllt, die einen ferromagnetischen Kern in der Mitte und einen ferromagnetischen Körper für einen magnetischen Pfad an der Außenseite des Formteils umfasst, und dann wird das Pulver gepresst, um eine bogenförmige, strahlenförmige, anisotrope Rohform herzustellen. Die bogenförmigen Rohformen werden kombiniert und zu einem bogenförmigen Gegenstand formgepresst, der im Vakuum gesintert und gealtert wird, wodurch ein radialer anisotroper gesinterter Magnet erzeugt wird.
Zusätzlich wird in der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2012 / 0 091 832 A1 ein Material, das Teil einer Komponente ist und spezifisch angeordnete Konzentrationen von magnetischen Partikeln aufweist, offenbart. Die Konzentration von magnetischen Partikeln sind in mindestens einem Element, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Matrix aus einem anderen Metall, einer Strukturmatrix aus einem anderen Metall, und einer Matrix aus einer anderen Art von Magnetpartikel, enthalten.
Weiterhin wird in der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2015 / 0 294 772 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Magneten mit einer Mehrzahl an Schichten offenbart. Dabei wird zunächst eine erste, ein ferromagnetisches Material aufweisende Schicht bereitgestellt. Danach wird eine zweite Schicht auf der ersten Schicht angeordnet. Die zweite Schicht weist ein Fluorid eines Erdalkalimetalls und/oder ein Oxid eines Seltene-Erden-Elements auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten insbesondere für die Herstellung eines Permanentmagneten zu schaffen, wobei die genannten Nachteile, insbesondere mit Blick auf den herzustellenden Permanentmagneten, zumindest teilweise behoben, vorzugsweise vermieden sind.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten geschaffen wird, wobei aus einem ersten magnetischen Ausgangsmaterial eine erste Rohform und aus einem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial eine zweite Rohform hergestellt wird. Weiterhin wird an mindestens eine Rohform, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der ersten Rohform und der zweiten Rohform, während der Herstellung der Rohform ein externes Magnetfeld angelegt. Alternativ oder zusätzlich wird an die mindestens eine Rohform nach der Herstellung der Rohform ein externes Magnetfeld angelegt. Anschließend wird aus der ersten Rohform und der zweiten Rohform mittels Fügens miteinander eine dritte Rohform hergestellt. Die dritte Rohform wird gesintert, wobei der Rohmagnet erhalten wird.
Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren, um Permanentmagnete, welche nach einem Aufmagnetisieren der Rohmagnete erhalten werden, mit einer komplexen Magnetform und/oder einer komplexen Magnetisierung herzustellen. Der hergestellte Permanentmagnet weist vorzugsweise eine Magnetform und/oder Magnetisierung auf, welche an eine spezielle Anforderung angepasst sein kann. Weiterhin sind wenige Nachbearbeitungen oder keine Nachbearbeitung des Rohmagneten erforderlich. Weiterhin wird beim Sintern der dritten Rohform vorteilhafterweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Rohform und der zweiten Rohform erzeugt.
Vorteilhafterweise werden Dipole des magnetischen Ausgangsmaterials mittels des extern anliegenden Magnetfelds bei der Herstellung und/oder nach der Herstellung der mindestens einen Rohform in einer parallelen Orientierung ausgerichtet.
Vorzugsweise wird das extern anliegende Magnetfeld von einem schaltbaren Elektromagneten und/oder einem Permanentmagneten erzeugt.
In einer Ausgestaltung wird die mindestens eine Rohform, insbesondere genau eine Rohform, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der ersten Rohform und der zweiten Rohform, in dem extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Vorteilhafterweise richten sich die Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials, aus welchem die mindestens eine Rohform hergestellt wird, entsprechend dem extern anliegenden Magnetfeld aus, während die mindestens eine Rohform hergestellt wird. Bevorzugt ist das magnetischen Ausgangsmaterial der mindestens einen Rohform, insbesondere der genau einen Rohform hartmagnetisch. Insbesondere wird an die mindestens eine Rohform, insbesondere die genau eine Rohform, nur während der Herstellung der mindestens einen Rohform, insbesondere der genau einen Rohform, das externe Magnetfeld angelegt. Insbesondere wird an die mindestens eine Rohform, insbesondere die genau eine Rohform, nach der Herstellung der mindestens einen Rohform, insbesondere der genau einen Rohform, das externe Magnetfeld nicht angelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird an die mindestens eine Rohform, insbesondere an genau eine Rohform, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der ersten Rohform und der zweiten Rohform, nach der Herstellung der mindestens einen Rohform, insbesondere der genau einen Rohform, das externe Magnetfeld angelegt. Insbesondere wird an die mindestens eine Rohform, insbesondere die genau eine Rohform, nur nach der Herstellung der mindestens einen Rohform, insbesondere der genau einen Rohform, das externe Magnetfeld angelegt. Insbesondere wird an die mindestens eine Rohform, insbesondere die genau eine Rohform, während der Herstellung der mindestens einen Rohform, insbesondere der genau einen Rohform, das externe Magnetfeld nicht angelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird an die mindestens eine Rohform, insbesondere an genau eine Rohform, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der ersten Rohform und der zweiten Rohform, während und nach der Herstellung der Rohform, insbesondere der genau einen Rohform, das externe Magnetfeld angelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung werden die erste Rohform und die zweite Rohform in dem extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Insbesondere wird an die erste Rohform nur während der Herstellung der ersten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Zusätzlich wird insbesondere an die zweite Rohform nur während der Herstellung der zweiten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Insbesondere wird an die erste Rohform nach der Herstellung der ersten Rohform das externe Magnetfeld nicht angelegt. Zusätzlich wird insbesondere an die zweite Rohform nach der Herstellung der zweiten Rohform das externe Magnetfeld nicht angelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung werden an die erste Rohform und die zweite Rohform nach der Herstellung der ersten Rohform und der zweiten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Insbesondere wird an die erste Rohform nur nach der Herstellung der ersten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Zusätzlich wird insbesondere an die zweite Rohform nur nach der Herstellung der zweiten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Insbesondere wird an die erste Rohform während der Herstellung der ersten Rohform das externe Magnetfeld nicht angelegt. Zusätzlich wird insbesondere an die zweite Rohform während der Herstellung der zweiten Rohform das externe Magnetfeld nicht angelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die erste Rohform in dem extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Zusätzlich wird an die zweite Rohform nach der Herstellung der zweiten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Insbesondere wird an die erste Rohform nur während der Herstellung der ersten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Insbesondere wird an die erste Rohform nach der Herstellung der ersten Rohform das externe Magnetfeld nicht angelegt. Zusätzlich wird insbesondere an die zweite Rohform nur nach der Herstellung der zweiten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Insbesondere wird an die zweite Rohform während der Herstellung der zweiten Rohform das externe Magnetfeld nicht angelegt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird an die erste Rohform während und nach der Herstellung der ersten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Zusätzlich wird an die zweite Rohform während und nach der Herstellung der zweiten Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Zusätzlich wird besonders bevorzugt die zweite Rohform auf die Erweichungstemperatur erhitzt während das externe Magnetfeld angelegt wird.
Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren für pulverförmige magnetische Ausgangsmaterialien, welche auf Basis einer neu erschmolzenen Legierung, insbesondere in Form eines Gussblocks oder in Form von schmelzgesponnenem Material, gebildet sind. Alternativ oder zusätzlich eignet sich das Verfahren für recyceltes magnetisches Material und/oder für kontaminiertes recyceltes magnetisches Material. Zusätzlich wird Material, welches mittels Recyclings gewonnen wird, zur Verbesserung seiner Eigenschaften vorzugsweise mit mindestens einem Seltene-Erden-Element, vorzugsweise in Pulverform, auflegiert.
Das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder das zweite magnetische Ausgangsmaterial liegen bevorzugt in einer reinen Form oder in einer hydrierten Form vor. Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2013 / 0 263 699 A1 und das deutsche Patent DE 198 43 883 C1 beschreiben ein Verfahren, genannt hydrogen decrepitation (HD), zur Herstellung einer hydrierten Form des ersten magnetischen Ausgangsmaterials und/oder des zweiten magnetischen Ausgangsmaterials mittels eines wasserstoffinduzierten Verfalls.
Vorzugsweise wird ein magnetisches Vormaterial mechanisch, insbesondere durch Mahlen, auf eine Partikelgröße von mindestens 1 µm bis höchstens 200 µm zerkleinert, um ein pulverförmiges magnetisches Ausgangsmaterial, ausgewählt aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial und dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial zu gewinnen.
Vorzugsweise sind das erste magnetische Ausgangsmaterial und das zweite magnetische Ausgangsmaterial identisch. Alternativ sind das erste magnetische Ausgangsmaterial und das zweite magnetische Ausgangsmaterial unterschiedlich, insbesondere unterscheiden sich das erste magnetische Ausgangsmaterial und das zweite magnetische Ausgangsmaterial in mindestens einer Eigenschaft, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Partikelgröße, einer Partikelform, einer Partikelgrößenverteilung, und einer chemischen Zusammensetzung.
Vorzugsweise wird der Rohmagnet aufmagnetisiert, wobei ein Permanentmagnet erhalten wird. Das Verfahren ist dann insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Permanentmagneten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder das zweite magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet wird, welches Partikel einer R_xT_yB-Legierung aufweist. Vorzugsweise wird als das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder das zweite magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches aus Partikeln einer R_xT_yB-Legierung besteht. Insbesondere wird bevorzugt als das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder das zweite magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches Partikel einer Nd_xFe_yB-Legierung aufweist oder aus Partikeln einer Nd_xFe_yB-Legierung besteht.
Vorzugsweise wird als das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder das zweite magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches Partikel einer R_xT_yB-Legierung und Partikel einer Seltene-Erden-reichen Phase aufweist. Insbesondere besteht das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder das zweite magnetische Ausgangsmaterial bevorzugt aus einem Gemisch aus Partikeln einer R_xT_yB-Legierung und Partikeln einer Seltene-Erden-reichen Phase. Bevorzugt wird als das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder das zweite magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches Partikel einer Nd_xFe_yB-Legierung und Partikel einer Neodym-reichen Phase aufweist oder aus solchen Partikeln besteht. Insbesondere weist das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder das zweite magnetische Ausgangsmaterial bevorzugt ein Gemisch aus Partikeln einer Nd_xFe_yB-Legierung und Partikeln einer Neodym-reichen Phase auf oder besteht aus einem solchen Gemisch.
Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre steht R für ein Seltene-Erden-Element, T für mindestens ein Element, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Eisen und Cobalt, und B für das Element Bor. Insbesondere substituieren sich die Elemente Eisen und Cobalt teilweise oder vollständig derart, dass entweder nur Eisen oder nur Cobalt oder eine beliebige Eisen-Cobalt-Mischung vorliegt. Vorzugsweise ist das Seltene-Erden-Element Neodym. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die R_xT_yB-Legierung zusätzlich ein weiteres Element, vorzugsweise ein Metall, insbesondere ein Übergangsmetall, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminium, Kupfer, Zirkonium, Gallium, Hafnium, und Niob, vorzugsweise in Spuren.
Vorzugsweise weist das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder das zweite magnetische Ausgangsmaterial Partikel einer Nd₂Fe₁₄B-Legierung auf oder besteht aus Partikeln einer Nd₂Fe₁₄B-Legierung.
Vorzugsweise weist die Seltene-Erden-reiche Phase, insbesondere die Neodym-reiche Phase, mindestens ein Seltene-Erden-Element, insbesondere Neodym, oder eine chemische Verbindung dieses Seltene-Erden-Elements, insbesondere von Neodym, auf. Zusätzlich enthält die Seltene-Erden-reiche Phase, insbesondere die Neodym-reiche Phase, bevorzugt mindestens ein weiteres Element der R_xT_yB-Legierung, insbesondere der Nd_xFe_yB-Legierung. Alternativ oder zusätzlich liegt das mindestens eine Seltene-Erden-Element, insbesondere Neodym, in einer hydrierten Form vor. Vorzugsweise weist die Neodym-reiche Phase NdH₂ und/oder NdH_2,7 auf oder besteht aus NdH₂ und/oder NdH_2,7. Alternativ ist es in bevorzugter Ausgestaltung möglich, dass die Seltene-Erden-reiche Phase, insbesondere die Neodym-reiche Phase, aus mindestens einem Seltene-Erden-Element, insbesondere aus Neodym, oder aus einer chemischen Verbindung dieses Seltene-Erden-Elements, insbesondere von Neodym, besteht.
Alternativ wird vorzugsweise das mindestens eine Seltene-Erden-Element, insbesondere Neodym, in einer hydrierten Form, insbesondere NdH₂ und/oder NdH_2,7, dem magnetischen Ausgangsmaterial zusätzlich hinzugefügt.
Die Seltene-Erden-reiche Phase bildet bevorzugt im Gefüge des Rohmagneten eine Phase, die sich an Korngrenzen des Gefüges befindet. Insbesondere wird die Seltene-Erden-reiche Phase an den Korngrenzen des Gefüges angereichert. Insbesondere ist die Seltene-Erden-reiche Phase inhomogen in dem Gefüge verteilt ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder als das zweite magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet wird, welches mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Aluminium-Nickel-Cobalt-Legierung, einer Samarium-Cobalt-Legierung, und einer Ferrit-Legierung, aufweist.
Vorzugsweise wird als das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder als das zweite magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet wird, welches aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Aluminium-Nickel-Cobalt-Legierung, einer Samarium-Cobalt-Legierung, und einer Ferrit-Legierung, besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder als das zweite magnetische Ausgangsmaterial eine Samarium-Cobalt-Legierung, die SmCo₅ aufweist, vorzugsweise aus SmCos besteht, verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als das erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder als das zweite magnetische Ausgangsmaterial eine Samarium-Cobalt-Legierung, die Sm₂Co₁₇, Eisen, Kupfer und Zirkon aufweist, vorzugsweise aus Sm₂Co₁₇, Eisen, Kupfer und Zirkon besteht, verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als erste magnetische Ausgangsmaterial und/oder als das zweite magnetische Ausgangsmaterial ein Werkstoff verwendet, der ein Eisenoxid, insbesondere Fe₂O₃, und mindestens ein Metalloxid, insbesondere Nickeloxid, Zinkoxid, Manganoxid, Cobaltoxid, Kupferoxid, Magnesiumoxid, Cadmiumoxid, Bariumoxid, oder Strontiumoxid, aufweist. Bevorzugt besteht der Werkstoff aus einem Eisenoxid, insbesondere Fe₂O₃, und mindestens einem Metalloxid, insbesondere Nickeloxid, Zinkoxid, Manganoxid, Cobaltoxid, Kupferoxid, Magnesiumoxid, Cadmiumoxid, Bariumoxid, oder Strontiumoxid. Besonders bevorzugt ist der Werkstoff ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Mangan-Zink-Ferrit, einem Nickel-Zink-Ferrit, einem Strontiumferrit, einem Bariumferrit, und einem Cobaltferrit.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an die erste Rohform während und/oder nach der Herstellung der ersten Rohform ein erstes externes Magnetfeld angelegt wird. Außerdem wird an die zweite Rohform während und/oder nach der Herstellung der zweiten Rohform ein zweites externes Magnetfeld angelegt. Vorzugsweise unterscheiden sich das erste externe Magnetfeld und das zweite externe Magnetfeld voneinander, insbesondere sind das erste externe Magnetfeld und das zweite externe Magnetfeld nicht identisch.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Rohform in dem ersten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Zusätzlich wird die zweite Rohform in dem zweiten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird an die erste Rohform nach der Herstellung der ersten Rohform das erste externe Magnetfeld angelegt. Zusätzlich wird an die zweite Rohform nach der Herstellung der zweiten Rohform das zweite externe Magnetfeld angelegt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Rohform in dem ersten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Zusätzlich wird an die zweite Rohform nach der Herstellung der zweiten Rohform das zweite externe Magnetfeld angelegt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird an die erste Rohform nach der Herstellung der ersten Rohform das erste externe Magnetfeld angelegt. Zusätzlich wird die zweite Rohform in dem zweiten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste magnetische Ausgangsmaterial mit einem ersten Binder vermischt wird, wobei ein erstes Gemisch aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial und dem ersten Binder erhalten wird. Weiterhin wird das zweite magnetische Ausgangsmaterial mit einem zweiten Binder vermischt, wobei ein zweites Gemisch aus dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial und dem zweiten Binder erhalten wird. Aus dem ersten Gemisch wird die erste Rohform hergestellt und aus dem zweiten Gemisch wird die zweite Rohform hergestellt. Nach dem Herstellen der dritten Rohform werden der erste Binder und der zweite Binder zumindest teilweise, vorzugsweise komplett, aus der dritten Rohform entfernt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist das erste Gemisch einen Volumenanteil von mindestens 45 % bis höchstens 75 % des ersten magnetischen Ausgangsmaterials und einen Volumenanteil von mindestens 25 % bis höchstens 55 % des ersten Binders auf. Alternativ oder zusätzlich weist das zweite Gemisch einen Volumenanteil von mindestens 45 % bis höchstens 75 % des zweiten magnetischen Ausgangsmaterials und einen Volumenanteil von mindestens 25 % bis höchstens 45 % des zweiten Binders auf. Der erste Binder und/oder zweite Binder weist/weisen vorzugsweise mindestens eine organische Binderkomponente auf.
Vorzugsweise sind das erste Gemisch und das zweite Gemisch identisch. Alternativ sind das erste Gemisch und das zweite Gemisch unterschiedlich, insbesondere weisen das erste Gemisch und das zweite Gemisch unterschiedliche Bestandteile und/oder unterschiedliche Gewichtsanteile der einzelnen Bestandteile auf.
Vorzugsweise wird die erste Rohform auf eine erste Erweichungstemperatur, insbesondere die erste Erweichungstemperatur des ersten Gemischs, erhitzt, während das externe Magnetfeld angelegt wird. Alternativ oder zusätzlich wird die zweite Rohform auf eine zweite Erweichungstemperatur, insbesondere die zweite Erweichungstemperatur des zweiten Gemischs, erhitzt, während das externe Magnetfeld angelegt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden der erste Binder und der zweite Binder mittels eines Lösungsmittels oder eines chemischen Verfahrens zumindest teilweise aus der dritten Rohform entfernt. Zusätzlich wird ein restlicher Anteil des ersten Binder und des zweiten Binders mittels thermischer Zersetzung aus der dritten Rohform, insbesondere direkt vor dem Sintern, entfernt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Hauptkomponente des ersten Binders und eine zweite Hauptkomponente des zweiten Binders identisch sind. Vorteilhafterweise ist damit eine stoffschlüssige Verbindung der ersten Rohform und der zweiten Rohform, insbesondere des ersten Binders und des zweiten Binders, bei der Herstellung der dritten Rohform mittels Fügens realisierbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind der erste Binder und der zweite Binder identisch.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine Rohform, ausgewählt aus der ersten Rohform und der zweiten Rohform, mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Spritzgießen, insbesondere Metallpulver-Spritzgießen, additivem Fertigen, Extrudieren, Kaltpressen, Trockenpressen, und Nasspressen, hergestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Rohform mittels Spritzgießen des ersten Gemischs, welches das erste magnetische Ausgangsmaterial und den ersten Binder aufweist, hergestellt. Alternativ oder zusätzlich wird die zweite Rohform mittels Spritzgießen des zweiten Gemischs, welches das zweite magnetische Ausgangsmaterial und den zweiten Binder aufweist, hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest eine Rohform, ausgewählt aus der ersten Rohform und der zweiten Rohform, mittels Kaltpressen eines magnetischen Ausgangsmaterials hergestellt. Beim Kaltpressen werden die Partikel, insbesondere unter einem Druck von bis zu 1 GPa, mechanisch verzahnt. Beim Trocken-Kaltpressen wird dem magnetischen Ausgangsmaterial insbesondere keine zusätzliche flüssige Komponente beigefügt. Beim Nass-Kaltpressen wird dem magnetischen Ausgangsmaterial ein organisches Lösungsmittel, vorzugsweise ein flüchtiges unpolares und/oder polares organisches Lösungsmittel, beigefügt. Das flüchtige unpolare und/oder polare organische Lösungsmittel ist ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Alkohol, einem acyclischen Alkan, einem cyclischen Alkan, einem Keton, und einem Gemisch aus flüchtigen organischen Substanzen, die als Lösungsmittel dienen können. Als Alkohol wird vorzugsweise Ethanol oder Isopropanol verwendet. Als cyclisches Alkan wird vorzugsweise Cyclohexan verwendet. Als Keton wird vorzugsweise Aceton verwendet. Das Gemisch aus flüchtigen organischen Substanzen ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Petroleum, Testbenzin, und Leichtbenzin. Das organische Lösungsmittel dient beim Nass-Kaltpressen insbesondere als Binder. Weiterhin wird die erste Rohform und/oder die zweite Rohform vorzugsweise vor dem Sintern getrocknet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die erste Rohform und die zweite Rohform mittels des identischen Verfahrens hergestellt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Rohform mittels Spritzgießen, insbesondere des zweiten Gemischs, an die erste Rohform angespritzt wird. Dabei wird die dritte Rohform hergestellt.
Vorzugsweise weist mindestens ein magnetisches Ausgangsmaterial, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus dem ersten magnetische Ausgangsmaterial und dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial, ein hartmagnetisches Material auf, insbesondere besteht das mindestens eine magnetische Ausgangsmaterial aus einem hartmagnetischen Material. Insbesondere ist das hartmagnetische Material eine R_xT_yB-Legierung. Zusätzlich weist höchstens ein magnetisches Ausgangsmaterial, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial und dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial, ein weichmagnetisches oder ein paramagnetisches Material auf, insbesondere besteht das höchstens eine magnetische Ausgangsmaterial aus einem weichmagnetischen oder paramagnetischen Material. Bevorzugt weist das erste magnetische Ausgangsmaterial ein hartmagnetisches Material auf oder besteht aus einem hartmagnetischen Material, und das zweite magnetische Ausgangsmaterial weist ein weichmagnetisches oder paramagnetisches Material auf oder besteht aus einem weichmagnetischen oder paramagnetischen Material. Vorteilhafterweise kann ein weichmagnetisches oder paramagnetisches Material nach dem Sintern in einfacher Weise, insbesondere mittels spanender Bearbeitung, nachbearbeitet werden.
In einer bevorzugen Ausführungsform des Verfahrens werden die erste Rohform und die zweite Rohform mittels Spritzgießen hergestellt, wobei die erste Rohform mit dem zweiten Gemisch umspritzt wird. Zur Herstellung der ersten Rohform wird das erste Gemisch in eine erste Kavität eines Werkzeugs gespritzt. Nachdem die erste Rohform erkaltet und/oder erstarrt ist, wird die erste Rohform in einer zweiten Kavität des Werkzeugs platziert und mit dem zweiten Gemisch umspritzt, wobei die zweite Rohform, welche die erste Rohform umschließt, hergestellt wird. Die erste Rohform und die zweite Rohform bilden zusammen die dritte Rohform. Während das zweite Gemisch erstarrt, reduziert sich das Volumen der zweiten Rohform. Daher schrumpft die zweite Rohform beim Erstarren auf die erste Rohform, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung der ersten Rohform und der zweiten Rohform erhalten wird. Zusätzlich wird in Abhängigkeit von der Geometrie der ersten Rohform und der zweiten Rohform eine formschlüssige Verbindung der ersten Rohform und der zweiten Rohform erhalten. Dieses Verfahren ist vorteilhafterweise für eine Mehrzahl an Rohformen durchführbar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dritte Rohform mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Stoffschlüssigem Verbinden, insbesondere Kleben, Formschlüssigem Verbinden, Kraftschlüssigem Verbinden und Losem Verbinden, hergestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die dritte Rohform mittels Stoffschlüssigem Verbinden hergestellt. Vorzugsweise weisen der erste Binder und der zweite Binder mindestens eine identische Binderkomponente auf. Vorzugsweise ist die mindestens eine identische Binderkomponente ein Thermoplast. Weiterhin ist die mindestens eine identische Binderkomponente die erste Hauptkomponente des ersten Binders und die zweite Hauptkomponente des zweiten Binders. Besonders bevorzugt ist mindestens ein magnetisches Ausgangsmaterial, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial und dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial, ein hartmagnetisches Material.
In einer ersten Ausführungsform des Stoffschlüssigen Verbindens werden eine erste Verbindungsfläche der ersten Rohform und eine zweite Verbindungsfläche der zweiten Rohform auf eine Temperatur von mindestens 35 °C bis höchstens 230 °C erhitzt, insbesondere mittels einer Heizplatte oder eines Lasers, wobei die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche aufgeschmolzen werden. Sobald die erste Verbindungfläche und die zweite Verbindungsfläche aufgeschmolzen sind, werden die erste Verbindungfläche und die zweite Verbindungfläche mit einem Druck von mindestens 0,001 MPa bis höchstens 10 MPa solange zusammengepresst, bis die aufgeschmolzenen Verbindungfläche wieder erstarrt sind, wobei die erste Rohform und die zweite Rohform stoffschlüssig miteinander zu der dritten Rohform verbunden werden.
In einer zweiten Ausführungsform des Stoffschlüssigen Verbindens werden die erste Verbindungsfläche und die zweite Verbindungsfläche mittels Reibschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei die dritte Rohform hergestellt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Stoffschlüssigen Verbindens wird die dritte Rohform mittels Kleben hergestellt. Besonders bevorzugt werden die erste Rohform und die zweite Rohform mittels eines physikalisch und/oder eines chemisch härtenden Klebstoffs verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Klebens wird ein Schmelzklebstoff, welcher physikalisch härtet, genutzt. Dabei wird bevorzugt mindestens ein Binder aufgeschmolzen und als Klebstoff verwendet, um die erste Rohform und die zweite Rohform miteinander zu fügen. Vorzugsweise weist der Schmelzklebstoff mindestens ein magnetisches Ausgangsmaterial, insbesondere in Pulverform, auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Klebens wird ein Klebstoff, welcher mindestens ein lösungsmittellösliches Polymer aufweist, verwendet, um die erste Rohform und die zweite Rohform miteinander zu fügen. Insbesondere wird das Lösungsmittel im Klebstoff abgedampft, wodurch eine Klebewirkung des Klebstoffs eintritt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Klebens wird ein Klebstoff verwendet, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Cyanacrylate, einem Epoxidklebstoff, und einem Phenolharz, um die erste Rohform und die zweite Rohform miteinander zu fügen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die dritte Rohform mittels Formschlüssigem Verbinden hergestellt. Vorzugsweise lassen sich die erste Rohform und die zweite Rohform über ihre jeweilige Geometrie, insbesondere über eine Nut-Feder-Geometrie, eine Schrauben-Gewinde-Geometrie oder eine Pin-Bohrung-Geometrie, formschlüssig miteinander verbinden. Vorzugsweise ist mindestens ein magnetisches Ausgangsmaterial, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial und dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial, ein hartmagnetisches Material.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Formschlüssigen Verbindens wird eine Geometrie, die eine formschlüssige Verbindung ermöglicht, bei der Herstellung der ersten Rohform und der zweiten Rohform ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform des Formschlüssigen Verbindens wird die Geometrie, die die formschlüssige Verbindung ermöglicht, nach der Herstellung der ersten Rohform und der zweiten Rohform ausgebildet, insbesondere mittels spanender Nachbearbeitung.
In einer weiteren Ausführungsform des Formschlüssigen Verbindens wird die Geometrie, die die formschlüssige Verbindung ermöglicht, bei der Herstellung der ersten Rohform und nach der Herstellung der zweiten Rohform ausgebildet, insbesondere mittels spanender Nachbearbeitung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die dritte Rohform mittels Kraftschlüssigem Verbinden, insbesondere mittels eines Gewindes oder einer Presspassung, hergestellt. Vorzugsweise ist mindestens ein magnetisches Ausgangsmaterial, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial und dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial, ein hartmagnetisches Material.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die dritte Rohform mittels Losem Verbinden von der ersten Rohform und der zweiten Rohform hergestellt. Vorteilhafterweise entsteht beim Losen Verbinden der ersten Rohform und der zweiten Rohform nach dem Sintern eine kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung für den erhaltenen Rohmagneten. Vorzugsweise ist mindestens ein magnetisches Ausgangsmaterial, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial und dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial, ein hartmagnetisches Material.
In einer Ausführungsform des Losen Verbindens weist die erste Rohform eine Aussparung auf, in welcher die zweite Rohform angeordnet wird. Vorzugsweise weist die Aussparung eine größere Ausdehnung als die zweite Rohform auf. Insbesondere weist die erste Rohform beim Sintern eine erste Volumenschrumpfung von mindestens 15 % bis höchstens 20 % auf. Zusätzlich weist die zweite Rohform beim Sintern eine zweite Volumenschrumpfung von mindestens 15 % bis höchstens 20 % auf. Zusätzlich ist insbesondere die zweite Volumenschrumpfung geringer als die erste Volumenschrumpfung. Vorteilhafterweise wird die zweite Rohform beim Sintern aufgrund der zweiten Volumenschrumpfung, die geringer ist als die erste Volumenschrumpfung der ersten Rohform, kraftschlüssig in die Aussparung der ersten Rohform geklemmt. Zusätzlich verbinden sich eine erste Verbindungsfläche der ersten Rohform, welche der Oberfläche der Aussparung entspricht, und die zweite Rohform, welches in der Aussparung angeordnet ist, beim Sintern stoffschlüssig miteinander.
Insbesondere werden, wenn die erste Rohform aus dem ersten Gemisch und die zweite Rohform aus dem zweiten Gemisch hergestellt werden, die erste Volumenschrumpfung und die zweite, sich von der ersten Volumenschrumpfung unterscheidende Volumenschrumpfung dadurch erreicht, dass sich ein erster Anteil des ersten magnetischen Ausgangsmaterials in dem ersten Gemisch von einem zweiten Anteil des zweiten magnetischen Ausgangsmaterials in dem zweiten Gemisch unterscheidet.
Insbesondere werden, wenn die erste Rohform aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial und die zweite Rohform aus dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial hergestellt werden, die erste Volumenschrumpfung und die zweite, sich von der ersten Volumenschrumpfung unterscheidende Volumenschrumpfung dadurch erreicht, dass sich eine erste Rohformdichte, welche insbesondere bei dem Trockenpressen mit einem ersten Druck erhalten wird, von einer zweiten Rohformdichte, welche insbesondere bei dem Trockenpressen mit einem zweiten, sich von dem ersten Druck unterscheidenden Druck erhalten wird, unterscheidet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Losen Verbindens werden die erste Rohform und die zweite Rohform lose geschichtet, um die dritte Rohform herzustellen, wobei beim Sintern eine stoffschlüssige Verbindung der ersten Rohform und der zweiten Rohform entsteht. Besonders bevorzugt wird vor dem Sintern zwischen die erste Rohform und die zweite Rohform eine Metallfolie, insbesondere eine Edelstahlfolie, geschichtet, insbesondere lose geschichtet. Alternativ oder zusätzlich wird vor dem Sintern zwischen die erste Rohform und die zweite Rohform eine Keramikfolie geschichtet, insbesondere lose geschichtet. Alternativ oder zusätzlich werden eine Mehrzahl an ersten Rohformen und/oder eine Mehrzahl an zweiten Rohformen lose geschichtet, um die dritte Rohform herzustellen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Binder und der zweite Binder mindestens ein Stoff, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Polyoxymethylen, Polypropylen, Paraffinwachs, Polyethylen und Polyamid, aufweisen. Vorteilhafterweise sind Polyoxymethylen, Polypropylen, Paraffinwachs, Polyethylen und Polyamid Thermoplasten und eignen sich daher für die Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung von der ersten Rohform und der zweiten Rohform. Weiterhin erleichtert der mindestens eine Stoff, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Polyoxymethylen, Polypropylen, Paraffinwachs, Polyethylen und Polyamid, eine Ausrichtung der Partikel des ersten magnetischen Ausgangsmaterials und des zweiten magnetischen Ausgangsmaterials.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der ersten Verbindungfläche der ersten Rohform und der zweiten Verbindungfläche der zweiten Rohform eine Trennschicht angeordnet wird. Vorteilhafterweise wird mittels der Trennschicht zwischen der ersten Rohform und der zweiten Rohform eine stoffschlüssige Verbindung der ersten Rohform und der zweiten Rohform verhindert. Vorzugsweise wird aufgrund der Trennschicht, insbesondere beim Losen Verbinden, nur eine kraftschlüssige Verbindung der ersten Rohform und der zweiten Rohform ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Trennschicht ein Material verwendet wird, das mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, und wenigstens einem Oxid der Seltene-Erden, aufweist.
Vorzugsweise wird als Trennschicht ein Material verwendet, das aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, und wenigstens einem Oxid der Seltenen Erden, besteht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dritte Rohform zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, entbindert wird. Vorzugsweise wird bei dem Entbindern die mindestens eine Binderkomponente zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus der dritten Rohform entfernt.
Vorzugsweise wird die dritte Rohform mittels eines Lösungsmittels teilweise entbindert. Anschließend wird vorzugsweise ein thermisches Entbindern durchgeführt, insbesondere wird das thermische Entbindern vor dem Sintern durchgeführt.
Alternativ wird die dritte Rohform mittels eines Lösungsmittels vollständig entbindert, insbesondere wird die dritte Rohform vor dem Sintern entbindert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dritte Rohform in einer Atmosphäre gesintert wird, die mindestens ein Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, und Helium, aufweist. Besonders bevorzugt besteht die Atmosphäre, in welcher die dritte Rohform gesintert wird, aus mindestens einem Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, und Helium. Alternativ wird die dritte Rohform vorzugsweise in einem Vakuum gesintert.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass als Rohmagnet ein Halbach-Array hergestellt wird. Dabei wird die erste Rohform mittels Spritzgießen in dem eine Magnetfeldausrichtung aufweisenden extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Anschließend wird die erste Rohform derart gedreht, dass eine Partikelausrichtung in der ersten Rohform orthogonal zu der Magnetfeldausrichtung ist. Danach wird die zweite Rohform mittels Spritzgießen in dem extern anliegenden Magnetfeld an die gedrehte erste Rohform angespritzt.
Vorteilhafterweise ist es mit diesem Verfahren möglich einfach und effizient ein Halbach-Array, insbesondere in einer an die Anwendung angepassten Magnetform, herzustellen.
Vorzugsweise wird die erste Rohform erst dann gedreht, wenn die erste Rohform erstarrt ist. Alternativ oder zusätzlich wird bei der Drehung der ersten Rohform das externe Magnetfeld nicht an die erste Rohform angelegt.
Vorzugsweise wird die zweite Rohform erst dann an die erste Rohform angespritzt, wenn die erste Rohform erstarrt ist.
Zur Erfindung gehört auch ein Rohmagnet, insbesondere ein nach der Aufmagnetisierung des Rohmagneten erhaltene Permanentmagnet, insbesondere ein Halbach-Array, der mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder mittels eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hergestellt ist.
Zur Erfindung gehört weiterhin eine Verwendung eines solchen Rohmagneten, insbesondere eines solchen Permanentmagneten, in einer Vorrichtung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Elektromotor, einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einem Generator, einem Festplattenlaufwerk, und einem Sensor.
Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Elektromotor, einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einem Generator, einem Festplattenlaufwerk, und einem Sensor, wobei die Vorrichtung einen Permanentmagnet aufweist, welcher mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen geschaffen wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Rohmagneten,
2 ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung des Rohmagneten,
3 ein Flussdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung des Rohmagneten,
4 eine schematische Darstellung eines ersten und zweiten Fügeverfahrens zur Herstellung einer dritten Rohform, und
5 eine schematische Darstellung eines dritten Fügeverfahrens zur Herstellung der dritten Rohform als Halbach-Array.

1 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Rohmagneten 4.
In einem Schritt a) wird aus einem ersten magnetischen Ausgangsmaterial 1.1 eine erste Rohform 2.1 hergestellt.
In einem Schritt b) wird aus einem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial 1.2 eine zweite Rohform 2.2 hergestellt.
Besonders bevorzugt wird als das erste magnetische Ausgangsmaterial 1.1 und/oder als das zweite magnetische Ausgangsmaterial 1.2 ein Material verwendet, das aus Partikeln einer R_xT_yB-Legierung und vorzugsweise Partikeln einer Seltene-Erden-reichen Phase hergestellt ist. Alternativ wird als das erste magnetische Ausgangsmaterial 1.1 und/oder als das zweite magnetische Ausgangsmaterial 1.2 ein Material, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Aluminium-Nickel-Cobalt-Legierung, einer Samarium-Cobalt-Legierung, und einer Ferrit-Legierung, verwendet.
An mindestens eine Rohform 2, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus der ersten Rohform 2.1 und der zweiten Rohform 2.2, wird während und/oder nach der Herstellung der Rohform 2 in dem Schritt a) oder b) ein externes Magnetfeld 21 angelegt.
Vorzugsweise wird die erste Rohform 2.1 in dem extern anliegenden Magnetfeld 21 hergestellt. Alternativ oder zusätzlich wird an die erste Rohform 2.1 nach der Herstellung der ersten Rohform 2.1 das externe Magnetfeld 21 angelegt. Alternativ oder zusätzlich wird die zweite Rohform 2.2 in dem extern anliegenden Magnetfeld 21 hergestellt. Alternativ oder zusätzlich wird an die zweite Rohform 2.2 nach der Herstellung der zweiten Rohform 2.2 das externe Magnetfeld 21 angelegt.
Besonders bevorzugt wird an die erste Rohform 2.1 während und/oder nach der Herstellung der ersten Rohform 2.1 ein erstes externes Magnetfeld angelegt. Zusätzlich wird an die zweite Rohform 2.2 während und/oder nach der Herstellung der zweiten Rohform 2.2 ein zweites externes Magnetfeld angelegt.
Vorzugsweise wird die erste Rohform 2.1 in dem ersten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt und die zweite Rohform 2.2 wird in dem zweiten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Alternativ oder zusätzlich wird an die erste Rohform 2.1 nach der Herstellung der ersten Rohform 2.1 das erste externe Magnetfeld angelegt und an die zweite Rohform 2.2 wird nach der Herstellung der zweiten Rohform 2.2 das zweite externe Magnetfeld angelegt.
Vorzugsweise wird die erste Rohform 2.1 in dem ersten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt und an die zweite Rohform 2.2 wird nach der Herstellung der zweiten Rohform 2.2 das zweite externe Magnetfeld angelegt. Alternativ oder zusätzlich wird an die erste Rohform 2.1 nach der Herstellung der ersten Rohform 2.1 das erste externe Magnetfeld angelegt und die zweite Rohform 2.2 wird in dem zweiten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt.
Vorzugsweise unterscheiden sich das erste externe Magnetfeld und das zweite externe Magnetfeld voneinander, insbesondere sind das erste externe Magnetfeld und das zweite externe Magnetfeld nicht identisch. Vorzugsweise wird mittels des ersten Magnetfelds eine erste Partikelausrichtung 7.1 der ersten Rohform 2.1 und mittels des zweiten Magnetfelds eine zweite Partikelausrichtung 7.2 der zweiten Rohform 2.2 erzeugt. Alternativ zu der Verwendung von dem ersten Magnetfeld und dem zweiten Magnetfeld, insbesondere zur Erzeugung von zwei unterschiedlichen Partikelausrichtungen 7, wird eine Orientierung der ersten Rohform 2.1 und/oder der zweiten Rohform 2.2 in dem externen Magnetfeld variiert.
Vorzugsweise wird zumindest eine Rohform 2, ausgewählt aus der ersten Rohform 2.1 und der zweiten Rohform 2.2, insbesondere in dem Schritt a) und/oder in dem Schritt b), mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Spritzgießen, additivem Fertigen, Extrudieren, Kaltpressen, Trockenpressen, und Nasspressen, hergestellt.
In einem Schritt c) werden die erste Rohform 2.1 und die zweite Rohform 2.2 mittels Fügens miteinander verbunden, wobei eine dritte Rohform 3 hergestellt wird.
Die dritte Rohform 3 wird vorzugsweise mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Stoffschlüssigem Verbinden, insbesondere Kleben, Formschlüssigem Verbinden, Kraftschlüssigem Verbinden, und Losem Verbinden, hergestellt.
In einem Schritt d) wird die dritte Rohform 3 gesintert, wobei der Rohmagnet 4 erhalten wird. Vorzugsweise wird die dritte Rohform 3 in einer Atmosphäre gesintert, die mindestens ein Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, und Helium, aufweist. Besonders bevorzugt besteht die Atmosphäre aus mindestens einem Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, und Helium. Alternativ wird die dritte Rohform 3 in einem Vakuum gesintert.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung des Rohmagneten 4.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Das erste magnetische Ausgangsmaterial 1.1 wird mit einem ersten Binder 5.1 vermischt, wobei ein erstes Gemisch 6.1 aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial 1.1 und dem ersten Binder 5.1 erhalten wird. In dem Schritt a) wird aus dem ersten Gemisch 6.1 die erste Rohform 2.1 hergestellt.
Das zweite magnetische Ausgangsmaterial 1.2 wird mit einem zweiten Binder 5.2 vermischt, wobei ein zweites Gemisch 6.2 aus dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial 1.2 und dem zweiten Binder 5.2 erhalten wird. In dem Schritt b) wird aus dem zweiten Gemisch 6.2 die zweite Rohform 2.2 hergestellt.
In dem Schritt c) wird werden die erste Rohform 2.1 und die zweite Rohform 2.2 mittels Fügens miteinander verbunden, wobei die dritte Rohform 3 hergestellt wird.
In einem Schritt d0) wird der erste Binder 5.1 und der zweite Binder 5.2 vor dem Sintern und nach dem Herstellen der dritten Rohform 3 zumindest teilweise, vorzugsweise komplett, aus der dritten Rohform 3 entfernt.
Vorzugsweise sind eine erste Hauptkomponente des ersten Binders 5.1 und eine zweite Hauptkomponente des zweiten Binders 5.2 identisch. Alternativ oder zusätzlich weisen der erste Binder 5.1 und der zweite Binder 5.2 mindestens einen Stoff, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Polyoxymethylen, Polypropylen, Paraffinwachs, Polyethylen und Polyamid, auf.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung des Rohmagneten 4.
Die erste Rohform 2.1 und die zweite Rohform 2.2 werden vorzugsweise nicht getrennt voneinander hergestellt. Aus dem ersten Gemisch 6.1 wird in dem Schritt a) mittels Spritzgießen die erste Rohform 2.1 hergestellt. In dem Schritt b) wird die erste Rohform 2.1 mittels Spritzgießen mit dem zweiten Gemisch 6.2 umspritzt. Alternativ wird in dem Schritt b) das zweite Gemisch 6.2 mittels Spitzgießen an die erste Rohform 2.1 angespritzt. In dem Schritt b) wird somit die zweite Rohform 2.2 hergestellt, wobei sich das zweite Gemisch 6.2 in einer bevorzugten Ausgestaltung formschlüssig mit der ersten Rohform 2.1 verbindet. In dem Schritt c) erstarrt vorzugsweise die zweite Rohform 2.2 und schrumpft somit auf die erste Rohform 2.1 und/oder verbindet sich mit der ersten Rohform 2.1, wobei die dritte Rohform 3 hergestellt wird. Der Verfahrensschritt des Fügens umfasst in diesem Ausführungsbeispiel demnach das Erstarren der zweiten Rohform 2.2.
4 a) zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Fügeverfahrens zur Herstellung der dritten Rohform 3.
Die erste Rohform 2.1 und die zweite Rohform 2.2 werden mittels Formschlüssigem Verbinden miteinander zu der dritten Rohform 3 gefügt.
Die erste Rohform 2.1 wird in einem ersten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Alternativ oder zusätzlich wird an die erste Rohform 2.1 nach der Herstellung der ersten Rohform 2.1 das erste externe Magnetfeld angelegt. Daher weist die erste Rohform 2.1 die erste Partikelausrichtung 7.1 auf.
Die zweite Rohform 2.2 wird in dem ersten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Alternativ oder zusätzlich wird an die zweite Rohform 2.2 nach der Herstellung der zweiten Rohform 2.2 das erste externe Magnetfeld angelegt. Daher weist die zweite Rohform 2.2 die zweite, von der ersten Partikelausrichtung 7.1 verschiedene Partikelausrichtung 7.2 auf.
Alternativ wird die zweite Rohform 2.2 in einem zweiten extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Alternativ oder zusätzlich wird an die zweite Rohform 2.2 nach der Herstellung der zweiten Rohform 2.2 das zweite externe Magnetfeld angelegt. Daher weist die zweite Rohform 2.2 die zweite Partikelausrichtung 7.2 auf.
Insbesondere unterscheiden sich das erste externe Magnetfeld und das zweite externe Magnetfeld voneinander, insbesondere sind das erste externe Magnetfeld und das zweite externe Magnetfeld nicht identisch. Daher unterscheiden sich die erste Partikelausrichtung 7.1 und die zweite Partikelausrichtung 7.2 voreinander, insbesondere sind die erste Partikelausrichtung 7.1 und die zweite Partikelausrichtung 7.2 nicht identisch.
Vorzugsweise werden die erste Geometrie 9.1 der ersten Rohform 2.1 und die zweite Geometrie 9.2 der zweiten Rohform 2.2 derart aufeinander abgestimmt, dass die erste Rohform 2.1 und die zweite Rohform 2.2 mittels Formschlüssigem Verbinden miteinander zu der dritten Rohform 3 gefügt werden können. Alternativ werden die erste Geometrie 9.1 und/oder die zweite Geometrie 9.2 mittels spanender Nachbearbeitung derart bearbeitet, dass die erste Rohform 2.1 und die zweite Rohform 2.2 mittels Formschlüssigem Verbinden miteinander zu der dritten Rohform 3 gefügt werden können.
Die erste Geometrie 9.1 und die zweite Geometrie 9.2 weisen eine Nut-Feder-Verbindung 11 auf.
4 b) zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Fügeverfahrens zur Herstellung der dritten Rohform 3.
Die erste Rohform 2.1 und die zweite Rohform 2.2 werden mittels Losem Verbinden miteinander zu der dritten Rohform 3 gefügt.
Vorzugsweise weist die erste Rohform 2.1 eine Aussparung 13 auf, in welcher die zweite Rohform 2.2 eingelegt wird. Besonders bevorzugt ist die Aussparung 13 der ersten Rohform 2.1 größer als die zweite Rohform 2.2.
Beim Sintern der dritten Rohform 3 schrumpfen die erste Rohform 2.1 und die zweite Rohform 2.2. Da beim Sintern eine erste Volumenschrumpfung der ersten Rohform 2.1 größer ist als eine zweite Volumenschrumpfung der zweiten Rohform 2.2 schrumpft die erste Rohform 2.1 auf die zweite Rohform 2.2 auf und eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der ersten Rohform 2.1 und der zweiten Rohform 2.2 wird ausgebildet. Vorteilhafterweise wird weiterhin während des Sinterns eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einer ersten Verbindungsfläche 15.1 der ersten Rohform 2.1 und einer zweiten Verbindungsfläche 15.2 der zweiten Rohform 2.2 hergestellt.
Alternativ wird zwischen die ersten Verbindungsfläche 15.1 der ersten Rohform 2.1 und der zweiten Verbindungsfläche 15.2 der zweiten Rohform 2.2 eine Trennschicht 17 eingefügt, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung der ersten Rohform 2.1 und der zweiten Rohform 2.2, insbesondere der ersten Verbindungsfläche 15.1 der ersten Rohform 2.1 und der zweiten Verbindungsfläche 15.2 der zweiten Rohform 2.2, verhindert wird.
Vorzugsweise wird als Trennschicht 17 ein Material verwendet, das mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, und wenigstens einem Oxid der Seltenen Erden, aufweist. Besonders bevorzugt besteht die Trennschicht 17 aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, und wenigstens einem Oxid der Seltenen Erden.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Fügeverfahrens zur Herstellung der dritten Rohform 3 als Halbach-Array.
In 5 a) wird die erste Rohform 2.1 in dem extern anliegenden Magnetfeld 21 hergestellt. Alternativ wird an die erste Rohform 2.1 nach dem Herstellen der ersten Rohform 2.1 das externe Magnetfeld 21 angelegt, während die erste Rohform 2.1 vorzugsweise auf eine Erweichungstemperatur erhitzt wird. Dabei richten sich die Partikel des ersten magnetischen Ausgangsmaterials 1.1 entsprechend einer Magnetfeldausrichtung 19 des externen Magnetfelds 21 aus, und in der ersten Rohform 2.1 wird die erste Partikelausrichtung 7.1 erzeugt. Anschließend wird die erste Rohform 2.1 derart gedreht, dass die erste Partikelausrichtung 7.1 in der ersten Rohform 2.1 orthogonal zu der Magnetfeldausrichtung 19 ist.
Vorzugsweise wird die erste Rohform 2.1 aus dem ersten Gemisch 6.1 mittels Spritzgießen hergestellt.
In 5 b) wird an die gedrehte erste Rohform 2.1 mittels Spritzgießen des zweiten Gemischs 6.2 in dem extern anliegenden Magnetfeld 21 die zweite Rohform 2.2 angespritzt, wobei die dritte Rohform 3 hergestellt wird. Dabei richten sich die Partikel des zweiten magnetischen Ausgangsmaterials 1.2 entsprechend dem externen Magnetfeld 21 aus, und in der zweiten Rohform 2.2 wird die zweite Partikelausrichtung 7.2 erzeugt.
Aus der dritten Rohform 3 wird mittels Sinterns ein Rohmagnet 4 in Form eines Halbach-Array erhalten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten (4), wobei als Rohmagnet (4) ein Halbach-Array hergestellt wird, wobei - aus einem ersten magnetischen Ausgangsmaterial (1.1) eine erste Rohform (2.1) mittels Spritzgießens in einem eine Magnetfeldausrichtung (19) aufweisenden extern anliegenden Magnetfeld (21) hergestellt wird, wobei - anschließend die erste Rohform (2.1) derart gedreht wird, dass eine Partikelausrichtung (7) in der ersten Rohform (2.1) orthogonal zu der Magnetfeldausrichtung (19) ist, wobei - aus einem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial (1.2) eine zweite Rohform (2.2) mittels Spritzgießen in dem extern anliegenden Magnetfeld (21) an die gedrehte erste Rohform (2.1) angespritzt wird, wobei - die dritte Rohform (3) hergestellt wird, wobei - die dritte Rohform (3) gesintert wird, wobei der Rohmagnet (4) erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als das erste magnetische Ausgangsmaterial (1.1) und/oder als das zweite magnetische Ausgangsmaterial (1.2) ein Material verwendet wird, das aus Partikeln einer R_xT_yB-Legierung und vorzugsweise Partikeln einer Seltene-Erden-reichen Phase hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als das erste magnetische Ausgangsmaterial (1.1) und/oder als das zweite magnetische Ausgangsmaterial (1.2) ein Material verwendet wird, das aus Partikeln, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Aluminium-Nickel-Cobalt-Legierung, einer Samarium-Cobalt-Legierung, und einer Ferrit-Legierung, hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an die erste Rohform (2.1) nach der Herstellung der ersten Rohform (2.1) ein erstes externes Magnetfeld angelegt wird, wobei an die zweite Rohform (2.2) nach der Herstellung der zweiten Rohform (2.2) ein zweites externes Magnetfeld angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das erste magnetische Ausgangsmaterial (1.1) mit einem ersten Binder (5.1) vermischt wird, wobei - ein erstes Gemisch (6.1) aus dem ersten magnetischen Ausgangsmaterial (1.1) und dem ersten Binder (5.1) erhalten wird, wobei - aus dem ersten Gemisch (6.1) die erste Rohform (2.1) hergestellt wird, wobei - das zweite magnetische Ausgangsmaterial (1.2) mit einem zweiten Binder (5.2) vermischt wird, wobei - ein zweites Gemisch (6.2) aus dem zweiten magnetischen Ausgangsmaterial (1.2) und dem zweiten Binder (5.2) erhalten wird, wobei - aus dem zweiten Gemisch (6.2) die zweite Rohform (2.2) hergestellt wird, wobei - der erste Binder (5.1) und der zweite Binder (5.2) nach dem Herstellen der dritten Rohform (3) und vor dem Sintern zumindest teilweise aus der dritten Rohform (3) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine erste Hauptkomponente des ersten Binders (5.1) und eine zweite Hauptkomponente des zweiten Binders (5.2) identisch sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Rohform (2), ausgewählt aus der ersten Rohform (2.1) und der zweiten Rohform (2.2), mittels Metallpulver-Spritzgießen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Rohform (2.2) mittels Spritzgießen des zweiten Gemischs (6.2) an die erste Rohform (2.1) angespritzt wird, wobei die dritte Rohform (3) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Rohform (3) mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Stoffschlüssigem Verbinden, insbesondere Kleben, Formschlüssigem Verbinden, und Kraftschlüssigem Verbinden, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Binder (5.1) und der zweite Binder (5.2) mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Polyoxymethylen, Polypropylen, Paraffinwachs, Polyethylen und Polyamid, aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen einer ersten Verbindungsfläche (15.1) der ersten Rohform (2.1) und einer zweiten Verbindungsfläche (15.2) der zweiten Rohform (2.2) eine Trennschicht (17) eingefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei als Trennschicht (17) ein Material verwendet wird, das aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumoxid, und wenigstens einem Oxid der Seltene-Erden, hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Rohform (3) im Vakuum oder in einer Atmosphäre, die mindestens ein Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, und Helium, aufweist, gesintert wird.