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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von anisotropen
gepreßten Dauerinagneten aus zerkleinertem anisotropem Dauermagnetwerkstoff und
einem Bindemittel, bei dem ein der gewünschten Magnetisierung des fertigen Magnets
entsprechendes magnetisches Richtfeld zur Anwendung gelangt.
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Bei der Herstellung von anisotropen Dauermagnetwerkstoffen auf der
Basis von z. B. AI-Ni-Co-Ti-Fe wird so verfahren, daß die Gußstücke einer Wärmebehandlung
im Magnetfeld unterworfen werden, wobei dieselben, um die anisotropen Eigenschaften
hervorzurufen, so lange im Magnetfeld verbleiben, bis sie unter den Curiepunkt abgekühlt
sind. Bei Verwendung von Dauermagnetwerkstoffen mit Stengelkristallisation,
d. h., bei denen sich die Kristalle während der Erstarrung in länglicher
Gestalt ausbilden, ergeben sich besonders günstige magnetische Werte, wenn die Magnetisierungsrichtung
des Magnetfeldes bei der Wärmebehandlung mit der Längsachse der Kristalle zusammenfällt.
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Nach der Wärinebehandlung wird der Dauermagnetwerkstoff in üblicher
Weise entmagnetisiert, entzundert, gegebenenfalls durch Trennscheiben in Stücke
geteilt und gegebenenfalls einer Anlaßbehandlung unterworfen, um dann weiter verarbeitet
zu werden.
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Während der Herstellung von gepreßten Dauermagneten mit Bindemittel
hat man die Mischung aus anisotropen Dauermagnetpulverteilchen und Bindemittel einem
magnetischen Richtfeld unterworfen, welches dazu bestimmt ist, die Ausrichtung der
Dauermagnetpulverteilchen derart zu bewirken, daß die magnetisch bevorzugten Achsen
dieser Teilchen in die Richtung der späteren Magnetisierung gebracht werden. Man
hat hierbei das magnetische Richtfeld auf die Dauerinagnetteilchen einwirken lassen,
wenn sie sich in einem frei beweglichen Zustand befinden, sich also leicht drehen
und ihre vorzugsgerichteten Achsen parallel zur Richtung des angelegten Magnetfeldes
einstellen können. Dieser Zustand liegt vor, wenn das Magnetfeld wirkt, während
das Gemisch aus Dauermagnetwerkstoff und Bindemittel in die Form einrieselt. Auch
hat man diesen Zustand dadurch erreicht, daß man die Form Erschütterungen ausgesetzt
hat oder die Teilchen während der Magnetfeldbehandlung in einer Flüssigkeit dispergiert.
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Während im ersten Fall Rüttelvorrichtungen erforderlich sind, muß
im zweiten Fall die Flüssigkeit abgepreßt, abgesaugt oder wieder verdampft werden;
hierdurch wird die Herstellung erschwert. Zur Ausrichtung der Teilchen ist ein entsprechend
starkes magnetisches Richtfeld erforderlich. Die Preßformen sind vielfach sehr kompliziert
und kostspielig, da diese teilweise aus unmagnetischen Werkstoffen hergestellt werden,
die bei den hohen Preßdrücken formbeständig und verschleißfest sein müssen.
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Das Ausrichten der Teilchen in Vorzugsrichtung zur Herstellung von
mehrpoligen Magneten, wie z. B. Rotoren, die später mit wechselnden Polen und mit
kleinen Polabständen aufmagnetisiert werden sollen, erforderte einen so großen Aufwand,
daß die Serienherstellung unwirtschaftlich wurde. Aus diesem Grunde sind solche
anisotropen Dauermagnete mit Bindemittel wegen des notwendigen Aufwands bis heute
nur in geringem Umfang produziert worden, weit ihr Energiegehalt nur unwesentlich
größer war als der von isotropen Magneten.
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Die Erfindung zeigt nun einen Weg, der es unter Vermeidung der beschriebenen
Nachteile ermöglicht, anisotrope Dauermagnete mit außerordentlich gutem Richteffekt
und hohem Energiegehalt sogar mit verhältnismäßig schwachen magnetischen Richtfeldern
herzustellen, wobei jede der gewünschten Magnetisierung des fertigen Magnets entsprechende
Ausrichtung der Dauermagnetteilchen mit einfachen Mitteln erreichbar ist.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem dadurch gelöst, daß der Dauermagnetwerkstoff,
bevor das magnetische Richtfeld zur Anwendung gelangt, bis oder nahezu bis zur Sättigung
in Vorzugsrichtung aufmagnetisiert wird und sodann der aufmagnetisierte, mit Bindemittel
versetzte pulverförmige Dauermagnetwerkstoff entweder während der Vortablettierung,
falls eine solche erfolgt, oder während der Fertigpressung in an sich bekannter
Weise dem magnetischen Richtfeld, das eine wesentlich geringere Feldstärke aufweist
als das vormagnetisierende Feld, ausgesetzt wird.
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Man hat zwar bereits die Mischung von pulverförmigem Dauermagnetwerkstoff
und Bindemittel schwach vormagnetisiert, jedoch nicht zur Herstellung von anisotropen
Dauermagneten, sondern nur zu dem Zwecke, während des Einfüllens der Mischung in
die Preßforin eine Entmischung zu vermeiden.
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Es wurde jedoch nicht erkannt, daß durch die erfindungsgemäße Aufmagnetisierung
vor dem Ausrichten überraschenderweise nur ein Teil der bisherigen Stärke des Richtfeldes
erforderlich ist, um eine vorzügliche Ausrichtung der Dauermagnetteilchen in der
gewünschten Vorzugslage zu erhalten. Erst durch diese Erkenntnis ist es gelungen,
anisotrope, mit Bindemittel versehene gepreßte Dauermagnete hohen Energiegehaltes
mit geringem Aufwand herzustellen.
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Für das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahrend sind alle anisotropen
Dauermagnetwerkstoffe besonders geeignet, die eine hohe Koerzitivfeldstärke von
mehr als 1200 Oersted aufweisen.
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Die Aufmagnetisierung kann in einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens
nach der Erfindung vor dem Zerkleinern des Dauermagnetwerkstoffes, d. h.
am Gußstück in Richtung seiner bevorzugten Magnetisierung erfolgen. Hierbei ist
es zweckmäßig, den Werkstoff zu flachen, runden oder rechteckigen Platten zu vergießen,
wobei die Vorzugsrichtung senkrecht zu den beiden Hauptflächen liegen soll, damit
auch nach dem Aufteilen einer Platte die Vorzugsrichtung leicht erkennbar ist. Das
Erkennen der Vorzugsrichtung ist deshalb von ausschlaggebender Bedeutung, weil bei
dem nach der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren der anisotrope Dauermagnetwerkstoff
in Vorzugsrichtung aufmagnetisiert wird. Anschließend wird das aufmagnetisierte
Dauermagnetstück zerkleinert. Da die aufmagnetisierten Dauermagnetteilchen aneinanderhängen,
wird man die Mischung mit dem Bindemittel vorzugsweise dadurch vornehmen, daß man
z. B. ein Kunststoffbindemittel in einem Lösungsmittel auflöst und die Dauermagnetteilchen
in die Lösung einbringt. Hierbei werden die Teilchen mit einem Kunststoffilm überzogen.
Anschließend wird das Lösungsmittel wieder verdampft.
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Um das Zerkleinern des bis zur Sättigung aufmagnetisierten Werkstoffes
und das Mischen mit
Bindemittel zu erleichtern, kann der Werkstoff
wieder teilweise entmagnetisiert werden, da durch die vorherige in ihrer Richtung
definierte Magnetisierung bis zur Sättigung die Magnetisierungsrichtung in jedem
einzelnen Korn festliegt.
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Da der anisotrope Dauermagnetwerkstoff vor dem Zerkleinern magnetisiert
wird, muß dafür Sorge getragen werden, daß eine bestimmte Korngröße, die von dem
herzustellenden Magnet abhängt, bei der nachfolgenden Zerkleinerung nicht überschritten
wird. Um dies zu erreichen, wird das Pulver durch Walzen geschickt, deren Abstand
so eingestellt ist, daß er die maximale Teilchengröße begrenzt. Die noch vorhandenen
größeren Teilchen werden durch die Walzen zerkleinert. Durch diese Maßnahme wird
ein Aussieben der einzelnen Teilchengrößen, wie dies normalerweise üblich ist, vermieden.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann man auch die Aufmagnetisierung des Dauermagnetwerkstoffes nach dem
Zerkleinern vornehmen. Die Aufmagnetisierung erfolgt hierbei nach dem Mischen des
Dauennagnetpulvers mit dem Bindemittel. Vorzugsweise wird man die Mischung aus Pulver
und Bindemittel in der zur Füllung der Form erforderlichen Menge abwiegen und sodann
die Aufmagnetisierung der einzelnen Mengen vornehmen. Die abgewogene Menge der Mischung
kann auch in die Preßform eingefüllt und die Aufmagnetisierung bis zur Sättigung
in der Preßform vorgenommen werden.
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Die mit Kunststoffbindemittel überzogenen oder mit Kunstharz oder
einem sonstigen Bindemittel vermischten, aufmagnetisierten Dauermagnetteilchen werden
sodann in bekannter Weise im magnetischen Richtfeld verpreßt, das jedoch gegenüber
den bisher meistens verwendeten Richtfeldern eine wesentlich geringere Feldstärke
aufweist.
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Bisher wurde vielfach die Ausrichtung mit hohen Feldstärken vorgenommen.
Demgegenüber ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur eine geringe Feldstärke
erforderlich. Die Feldstärke darf nicht so hoch sein, daß die Drehung der Körnchen
auf Grund ihrer Gestalt, z. B. durch ihre langgestreckte Form, sondern auf Grund
ihres magnetischen Momentes erfolgt, das sie durch die erfindungsgemäße Vormagnetisierung
in ihrer Vorzugsrichtung erhalten haben. Mit anderen Worten ausgedrückt, darf die
durch die Vormagnetisierung festgelegte Magnetisierungsrichtung durch das Richtfeld
nicht verändert werden. Für die Ausrichtung sind deshalb schon Feldstärken ausreichend,
die bei 1000 Oersted beginnen. Man kann schwache elektromagnetische Felder
oder sogar Dauermagnete als Richtmagnete verwenden, was zu einer beachtlichen Kosteneinsparung
der Werkzeuge führt.
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Der wesentliche Vorteil besteht aber darin, hochkoerzitive, anisotrope
Dauermagnete mit einer Ausrichtung der Teilchen herzustellen, wie sie bisher noch
nicht möglich war. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Dauerinagnete auf
wirtschaftliche Weise so ausgerichtet werden, daß sie später mehrpolig, radial oder
mit Polen aufmagnetisiert werden, die nur auf einer Seite des Dauermagnets liegen,
wobei die Kraftlinien im Innern des Dauermagnets halbkreisförmig von Pol zu Pol
verlaufen.
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Selbstverständlich sind auch die bisher üblichen Ausrichtungen möglich,
bei denen der fertige Magnet später in Richtung seiner Länge, seiner Dicke oder
seines Durchmessers aufmagnetisiert wird.
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Als Richtmagnete wird man vorzugsweise solche Dauerinagnete verwenden,
die eine geringe Permeabilität besitzen, weil an deren Polkanten nicht zu hohe Feldstärken
auftreten.
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Derartige Magnete gestatten auch kleine Polabstände, wobei trotzdem
die austretenden Kraftlinien weit in die Form hinein wirksam werden.
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Aus dem gleichen Grunde sollte man bei der Verwendung von Elektromagneten
mit Weicheisenkernen als Richtmagnete vermeiden, daß deren Polenden, besonders bei
dicht nebeneinanderliegenden Polen, unmittelbar mit dem auszurichtenden Material
in Berührung kommen. Oder besser noch sollte man Eisenkerne mit nicht zu hoher Sättigungsmagnetisierung
oder eisenfreie Magnetspulen verwenden.
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Die Richtmagnete können sowohl in der Vortablettierform als auch in
der Fertigpreßforin angebracht werden. Es ist jedoch nach dem vorliegenden Verfahren
vorteilhaft, Vorpreßkörper herzustellen und die Ausrichtung bereits während der
Herstellung derselben vorzunehmen, da die Herstellung der Vorpreßkörper meist bei
einer Temperatur erfolgt, die geringfügig über der Raumtemperatur liegt. Es ist
weiterhin vorteilhaft, die Vorpreßkörper möglichst dünn herzustellen und mehrere
Tabletten für den zu pressenden Magnet aufeinanderzuschichten, insbesondere dann,
wenn er in Preßrichtung länger ist. Bei der Fertigpressung unter Einwirkung von
Wärme kann, sofern Kunststoffbindemittel Verwendung finden, auf ein magnetisches
Richtfeld verzichtet werden.
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Es ist vorteilhaft, daß das magnetische Richtfeld senkrecht zur Preßrichtung
auf die aufmagnetisierte Mischung einwirkt, weil bei dieser Richtung des Magnetfeldes
die ausgerichteten Teilchen, insbesondere diejenigen von länglicher Gestalt, beim
Pressen ihre Lage nicht mehr verändern.
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Bei der Herstellung von anisotropen, gepreßten Magneten muß auf denselben
eine Kennzeichnung angebracht werden, damit nach dem Fertigpressen zu erkennen ist,
in welcher Richtung das magnetische Richtfeld einwirkte.
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Es ist zweckmäßig, unmittelbar nach dem Fertigpressen den Magneten
zu entmagnetisieren, um noch erforderliche Arbeitsgänge, wie Entgraten, Überprüfung
der Abmessungen u. dgl., durchführen zu können.
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In bekannter Weise sollen derartige anisotrope Dauermagnete erst nach
oder während des Einbaues in das vorgesehene Gerät magnetisiert werden.