DE2640574A1 - Verfahren zum einbetten eines aus seltenen erden und kobalt zusammengesetzten dauermagnets - Google Patents

Verfahren zum einbetten eines aus seltenen erden und kobalt zusammengesetzten dauermagnets

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DE2640574A1 DE19762640574 DE2640574A DE2640574A1 DE 2640574 A1 DE2640574 A1 DE 2640574A1 DE 19762640574 DE19762640574 DE 19762640574 DE 2640574 A DE2640574 A DE 2640574A DE 2640574 A1 DE2640574 A1 DE 2640574A1
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Jaroslav Houska
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    • HELECTRICITY
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Description

  • Verfahren zum Einbetten eines aus Seltenen Erden und Kobalt
  • zusammengesetzten Dauermagnets Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbetten eines aus Seltenen Erden und Kobalt zusammengesetzten Dauermagnets in einem metallischen Grundstoff.
  • Das Eingiessen von Dauermagneten, deren Zusammensetzung auf einer Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung mit Zusätzen beruht (Alnico), ist bekannt. Dabei umhüllt der in flüssigem Zustand in eine Giessform eingebrachte metallische Werkstoff den Dauermagneten teilweise oder ganz. Desgleichen sind solche Verfahren für DaUermagnete des Ferrit-Typs bekannt.
  • Der Uebertragung derartiger Techniken auf Dauermagnete, deren Basis Legierungen von Seltenen Erden und Kobalt darstellen, stehen aus physikalischen Gründen grosse Schwierigkeiten entgegen. Die in Frage stehenden Magnetwerkstoffe dieses Typs sind bezüglich ihrer magnetischen Eigenschaften und mechanischen Festigkeit äusserst empfindlich, Auf Grund dieses Verhaltens muss der Fachmann mit einem wesentlichen Verlust an magnetischen Gütewerten und einer mechanischen Zerstörung des Werkstoffs beim Einbetten rechnen. Der plötzliche Kontakt mit dem flüssigen Metall bewirkt durch Erwärmung eine Veränderung des Gefüges und hat Risse durch Thermoschock zur Folge. Aus der Fachliteratur ist bekannt, dass die hervorragenden magnetischen Eigenschaften der Seltenm Erden/Kobalt-Dauermagnete nur durch spezielle Wärmebehandlungen erzielt werden (z.B. Martin, Laforce, Benz, "Post-sintering heat treatment of Cobalt-Samarium magnet alloys", Tech. Report No. 73 CRD 140, 1973; H. Nagel, Rare Earth permanent magnetic materials with MM Sm Co5, Proc.
  • 3rd. European Conf. on Hard Mag. Mats., Amsterdam 1974, p. 153). Optimale Werte,insbesondere des Koerzitivfeldes, werden nur durch Einhalten bestimmter Abkühlungsbedingungen erreicht (z.B. Doser, Smeggil, ,Some observations of the magnetic properties of fluid-quenched Co5Sm magnets", IEEE Trans. Magn. MAG-9, 1973, p.168).
  • Die beim Durchlaufen oder Halten eines kritischen Temperaturbereiches (meist zwischen 5000C und 8000e) eintretenden irreversiblen schädlichen Gefügeveränderungen an Seltene Erden/ Kobalt-Magneten sind aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt. Sie hängen offenbar mit der Unstabilität bzw. dem eutektoiden Zerfall der SmCo5-Phase oder ihrer Aequivalente zusammen (z.B. laut F.F.Westendorp, "On the coercivity of SmCo5," Solid State Communications, Vol. 8, pp. 139-141, 1910, Pergamon Press; Den Broeder, Buschow, "Coercive force and stability of SmCo5 and GdCo51,, J. Less-Common Metals, 29, 1972; Buschow, "Note on the stability of Rare Earth-Cobalt compounds with CaCu5 structure", J. Less-Common Metals, 29, 1972; Martin, Smeggil, "Eutectoid decomposition of Co5Sm", IEEE Trans. Magn. MAG-10, 1974, p. 704).
  • Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass es dem Fachmann nicht nahegelegt wird, ein Einbetten der SE/Co-Hartmagnete mittels Giessen zu versuchen. Obwohl ein echtes Bedürfnis nach einer dauerhaften festen Verbindung von SE/Co-Hartmagneten mit metallischen Bauteilen unter Verwendung eines klassischen Giessverfahrens besteht, sind unseres Wissens keine diesbezüglichen Versuche unternommen und in der Literatur bekanntgemacht worden. Dieser Mangel wiegt umso schwerer, als dass gerade für die Massenfertigung von Konstruktionsteilen mit der Methode des Ein- und Umgiessens von Dauermagneten des SE/Co-Typs ein hervorragendes wirtschaftliches Bedürfnis besteht. Es besteht somit der Wunsch nach Vereinfachung der sonst üblichen Befestigungsmethoden für Magnete durch Kleben, Löten, Anschrauben und Einbetten in Kunststoffe.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Befestigen bzw. Einbetten von Dauermagneten auf der Basis von Seltenen Erden und Kobalt mit hohen magnetischen Qualitäten anzugeben, das gleichzeitig wirtschaftlich, einfach in der Handhabung und zuverlässig in Bezug auf mechanische Festigkeit ist, wobei die magnetischen Eigenschaften möglichst wenig beeinträchtigt werden sollen. Zusätzliche aufwendige und komplizierte Wärmebehandlungen des eingebetteten Dauermagnets sowie weitere, schwierig zu verwirklichende Massnahmen zur Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit sollen vermieden werden.
  • Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Dauermagnet in eine Giessform gebracht und hierauf durch Eingiessen und/oder Umgiessen des im wesentlichen flüssigen, und daraufhin zur Erstarrung gebrachten Grundstoffes mit demselben mechanisch fest verbunden wird.
  • Der der Erfindung zugrunde liegende Leitgedanke besteht darin, zur Befestigung von SE/Co-Dauermagneten in Bauteilen die zur Massenfertigung geeigneten herkömmlichen Giessverfahren wie Kokillen-, Spritz-, Press- und Druckguss heranzuziehen. Dabei sind sowohl die Giesstemperatur der zu verwendenden Legierung wie die konstruktive Gestaltung der Giessform sowie die Anordnung und Ausbildung der Dauermagnete von ausschlaggebender Bedeutung. Die Erfahrung der Praxis zeigt, dass trotz hoher thermischer und mechanischer Beanspruchung der Magnete während des Giessprozesses ein Enderzeugnis entsteht, das brauchbar und allen Anforderungen des Betriebes gewachsen ist. Obwohl Giesstemperaturen von 4000C im Falle von Zinklegierungen und von über 7000C im Falle von Aluminiumlegierungen angewendet werden, treten offenbar im Innern des Magneten nur wesentlich niedrigere Temperaturen auf, die die magnetischen Eigenschaften nicht definitiv verändern. Trotz gelegentlichen Auftretens von Haarrissen in den Magneten werden dadurch weder ihr mechanischer Zusammenhalt noch ihre magnetische Funktionstätigkeit ernstlich beeinträchtigt. Durch nachfolgendes Wiederaufmagnetisieren nach dem Einbetten können überdies die ursprünglichen magnetischen Werte wieder erreicht werden.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend zum Teil durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispielen.
  • Dabei zeigt: Fig. 1 die Verfahrensweise gemäss Beispiel 1 anhand eines Schnittes durch das Metallbad, Fig. 2 die Verfahrensweise gemäss Beispiel 2 anhand eines Schnittes durch das Metallbad, Fig. 3 die Verfahrensweise gemäss Beispiel 3 anhand eines Schnittes durch das Metallbad, Fig. 4 die Verfahrensweise gemäss Beispiel 4 anhand eines Schnittes durch das Metallbad, Fig. 5 Anordnung der Einbettung eines Dauermagnets in einer Rippe, Fig. 6 Anordnung und Giessvorgang gemäss Beispiel 5 und 6 anhand eines Schnittes durch die Giessvorrichtung, Fig. 7 Grundriss eines Schwungrades als Anwendungsbeispiel, Fig. 8 Längsschnitt eines Schwungrades als Anwendungsbeispiel.
  • Beispiel 1: In Fig. 1 ist die Verfahrensweise schematisch dargestellt.
  • Als Dauermagnet 1 wurde ein zylindrischer, tablettenförmiger Sinterkörper mit einem Durchmesser von 21 mm und einer achsialen Höhe von 4 mm verwendet. Die Zusammensetzung des SE/Co-Körpers entsprach ungefähr der Formel SmCo5 und wies vor dem Einbetten bei Raumtemperatur folgende Eigenschaften auf: Koerzitivfeldstärke IHC = 25 kOe Kniefeldstärke (H bei 0,9 Br) HK = 12 kOe Remanenz Br = 8,5 kG Energieprodukt (BH)max = 18 MGOe Die bevorzugte Magnetisierungsrichtung fiel mit der Zylinderachse zusammen.
  • Der Dauermagnet 1 wurde in einen Tonerdetiegel 2 von 25 cm3 Rauminhalt derart eingebracht, dass er mit einer seiner Stirn-2 flächen von 3,46 cm auf dessen Boden auflag. Tiegel 2 und Magnet 1 wurden hierauf auf eine Temperatur von 250 0C vorgewärmt. In den als Form dienenden Tiegel 2 wurde daraufhin Aluminium als flüssiges Metall 3 gegossen. Die Giesstemperatur betrug ca. 7000C. Der Tiegel 2 mitsamt dem flüssigen Metall 3 und dem eingebetteten Dauermagnet 1 wurden an Luft abgekühlt. Der Magnet 1 zeigte nach dem Abkühlen zahlreiche Haarrisse, blieb aber im wesentlichen beisammen. Durch den Temperatureinfluss war der Magnet i nach dem Uebergiessen mit flüssigem Aluminium 3 vollständig entmagnetisiert.
  • Nach erfolgtem Wiederaufmagnetisieren in einem magnetischen Feld von 40 kOe wurden die oben angegebenen ursprünglichen magnetischen Werte vor dem Einbetten wieder voll erreicht.
  • Die Vorwärmung des Magnetmaterials auf Temperaturen von 250 0C bis 2800C ist sehr wichtig, um den thermischen Schock beim Eingiessen des Metalls zu mildern und ein Zerspringen oder Zerplatzen des Dauermagnets zu verhindern.
  • Beispiel 2: In Fig. 2 ist die Verfahrensweise schematisch dargestellt.
  • Als Dauermagnet 1 wurde ein Sinterkörper gemäss Beispiel 1 mit den gleichen magnetischen Eigenschaften und Abmessungen verwendet. Der Magnet 1 wurde vor dem Eingiessen mit einem seine Mantelfläche umschlingenden Stahldraht 4 bewehrt, um ihn beim nachfolgenden thermischen Schock vor dem Zerspringen zu schützen und gegebenenfalls zusammenzuhalten.
  • In den als Form dienenden Tonerdetiegel 2 wurde flüssiges ca.
  • Aluminium 3 bei einer Temperatur von/700 0 gegossen. Magnet 1 und Tiegel 2 wurden nicht vorgewärmt. Nach der Abkühlung an Luft war der Dauermagnet 1 stark zerrissen, wurde jedoch durch den Stahldraht 4 zusammengehalten. Durch den Temperatureinfluss war der Magnet 1 nach dem Uebergiessen mit flüssigem Aluminium 3 vollständig entmagnetisiert. Durch erneutes Aufmagnetisieren in einem magnetischen Feld von 40k0e wurden die unter Beispiel 1 angegebenen ursprünglichen magnetischen Eigenschaften vor dem Einbetten wieder erreicht. Es empfiehlt sich ein Vorwärmen gemäss Beispiel 1.
  • Die Bewehrung ist weder bezüglich Form noch bezüglich Material auf den Stahldraht 4 begrenzt. Es kann zu diesem Zweck auch ein metallener Ring, ein glockenförmiger Körper, ein Metallband oder eine Klammer verwendet werden. Ganz allgemein ist jeder Metallkörper dienlich, der den Dauermagnet 1 zusammenhält, dämpfend auf den thermischen Schock wirkt und das Eingiessen nicht erschwert.
  • Beispiel 3: In Fig. 3 ist die Verfahrensweise schematisch dargestellt.
  • Als Dauermagnet 1 wurde ein Sinterkörper mit den gleichen Abmessungen und magnetischen Eigenschaften wie unter Beispiel 1 verwendet. Vor dem Eingiessen wurde der Magnet 1 stirnseitig zwischen zwei zylindrische Weicheisenscheiben 5 von 21 mm Durchmesser und 4 mm achsialer Höhe gebracht. Der Stapel wurde auf den Boden des Tiegels 2 gelegt, so dass die untere Stirnfläche der einen Weicheisenscheibe 5 zum Aufliegen kam. Dadurch wurde erreicht, dass der Magnet 1 nur auf seiner Zylindermantelfläche von 2,63 cm2 direkt mit dem flüssigen Metall 3 in Berührung kam. Das Eingiessen erfolgte mit flüssigem Aluminium 3 von einer Temperatur von ca.
  • 7000C. Magnet 1, Weicheisenscheiben 5 und Tiegel 2 wurden nicht vorgewärmt. Nach der Abkühlung an Luft zeigte der Dauermagnet 1 zahlreiche Risse, zerfiel jedoch nicht in einzelne Bruchstücke. Zufolge Temperatureinfluss war der Magnet 1 nahezu vollständig entmagnetisiert. Durch nachfolgendes Aufmagnetisieren in einem magnetischen Feld von 40 kOe wurden die unter Beispiell angegebenen magnetischen Werte wieder erreicht. Ein Vorwärmen des aus Magnet 1 und Weicheisen 5 bestehenden Stapels verringert die Rissgefahr auf ein für die Praxis unschädliches Mass.
  • Das Einpacken des Dauermagnetkörpers 1 zwischen Bauelemente aus ferromagnetisch weichen Stoffen ist keineswegsvauf die Weicheisenscheiben 5 begrenzt. In gleicher Weise können beispielsweise lamellierte Polschuhe beliebiger Form zusammen mit einem oder mehreren Magneten 1 eingegossen werden, um ein Werkstück zu bilden. Diese Art der Einbettung stellt ein Hauptanwendungsgebiet beim Bau elektrischer Apparate und Maschinen dar.
  • Beispiel 4: Die Verfahrensweise ist in Fig. 4 schematisch dargestellt.
  • Ein scheibenförmiger Sinterkörper der Abmessungen und Eigenschaften gemäss Beispiel 1 wurde als Dauermagnet 1 zunächst in Aluminium eingegossen und wiederaufmagnetisiert. Die erreichten Eigenschaften entsprachen denjenigen von Beispiel 1 vor dem Einbetten. Der auf diese Weise hergestellte, den Dauermagnet 1 enthaltende, als Bewehrung wirkende Metallkörper 6 wurde derart in den Tonerdetiegel 2 eingebracht, dass der Magnet 1 mit seiner freien Stirnfläche auf dem Tiegelboden zum Aufliegen kam. Daraufhin wurde als flüssiges Metall 3 eine Kupferlegierung derart in den Tiegel 2 gegossen, dass der Metallspiegel die Oberfläche des Metallkörpers 6 gerade knapp deekte. Im vorliegenden Fall wurde als Kupferlegierung ein Messing mit 58 % Cu und 42 % Zn verwendet.
  • Beim Giessvorgang wurde ein Teil des Metallkörpers 6 aufgeschmolzen und bildete mit dem flüssigen Metall 3 eine Mehrstofflegierung. Nach der Erstarrung der Schmelze wurde der Gusskörper in Wasser abgeschreckt. Der Magnet 1 zeigte zah5-reiche Risse, blieb Zedc,ch beisammen. Er war nach dieser Behandlung vollständig entmagnetisiert. Nach erfolgter Aufmagnetisierung wurden die ursprünglichen magnetischen Werte wieder erreicht.
  • Bei diesem Verfahren sind die Legierungszusammensetzungen und Schmelztemperaturen der metallurgisch zu verbindenden Stoffe (Metallkörper 6 und flüssiges Metall 3) zu beachten.
  • Es muss vermieden werden, dass der Metallkörper 6 vom flüssigen Metall 3 vollstandig weggeschmolzen wird. Die Abkühlungsbedingungen an der Wand des Tiegels 2 (bzw. an den Formen- oder Kckillenwänden) beeinflussen das Ergebnis weitgehend. Im vcrliegenden Fall von Aluminium für den Metallkörper 6 und Messing für das flüssige Metall 3 darf das Volumenverhältnis Messing:Aluminium in der Umgebung der Einbettungsstelle des Dauermagnets 1 unter BerUcksichtigung der Schmelztemperaturen (900°C für Messing, 6500C filr Aluminium), der spezifischen Wärmen sowie der Schmelzwärmen der beiden Legierungen den Wert 1:1 nicht überschreiten.
  • Die Schmelztemperatur des flüssigen Metalls 3 darf deshalb nicht beliebig hoch titer derjenigen des Metallkörpers 6 liegen. Ca. 300°C dürften die oberste, für die Praxis erreichbare Grenze sein. Dabei kommt es wesentlich auf Risse, Ausbildung und Volumen des als Abschreckplatte wirkenden Metallkörpers 6 an.
  • Die Legierungszusammensetzungen des Metallkörpers 6 und des flüssigen Metalls 3 sind keineswegs auf das vorliegende Beispiel (Aluminium/Messing) begrenzt. Es können beispielsweise Zinklegierungen in Aluminiumlegierungen, Leichtmetall-Legierungen in tiefschmelzende Schwermetall-Legierungen (Typ Cu-Legierung, Messing- und Silberlote) eingebettet werden. Der umgekehrte Vorgang, das Einbetten des höherschmelzenden in das tieferschmelzende Metall dürfte in Sonderfällen in Frage kommen und stellt normalerweise keine Probleme. Einen Spezialfall stellt das Einbetten des Metallkörpers 6 im flüssigen Metall 3 der gleichen Zusammensetzung dar. Ein derartiges Eingiessen kann dann von Vorteil sein, wenn ein direktes Einbetten des Dauermagnets 1 im endgültigen Gusskörper aus verschiedenen technologischen oder wirtschaftlichen Gründen nicht möglich oder unerwünscht ist.
  • Fig. 5 zeigt die Anordnung einer indirekten Einbettung gemäss Beispiel 4 im Falle eines Gusswerkstücks, welches Rippen aufweist. Der Dauermagnet 1 wurde zunächst gemäss Beispiel 1 in Aluminium eingebettet. Der entsprechende Metallkörper 6 wurde in eine mehrteilige, hier nicht gezeichnete Form derart eingebracht, dass eine Stirnfläche des Magnets 1 auf die die Rippe des Werkstücks begrenzende äussere Fläche zu liegen kam. Das teilweise flüssige Metall 3 wurde unter Druck als Pressguss in die Form gebracht, welche auf der Rippenseite mit Wasserkühlung versehen war.
  • Die möglichen Ausführungsformen sind nicht auf Fig. 5 begrenzt. Die Einbettung kann auch mehrstufig unter Verwendung mehrerer Zwischenschichten von Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung und Schmelztemperatur erfolgen. Dabei wird vorteilhafterweise eine vom Dauermagneten 1 zum letzten, den endgültigen Gusskörper bildenden flüssigen Metall 3 ansteigende Reihe von Schmelzpunkten eingehalten.
  • Beispiel 5: Anordnung und Giessvorgang sind anhand eines Schnittes durch die Giessvorrichtung in Fig. 6 schematisch dargestellt. Ein SE/Co-Dauermagnet 1 der ungefähren Zusammensetzung SmCo 5 mit einem Durchmesser von 21 mm und einer achsialen Höhe von 4 mm wurde in eine zweiteilige Giessform 7 derart gebracht, dass er mit einer seiner Stirnseiten von 3,46 cm2 auf dem Boden der letzteren auflag. Der als Sinterkörper verwendete Magnet 1 hatte vor seinem Einbetten bei Raumtemperatur folgende Eigenschaften: IHC = 25 kOe HK = 11,5 kOe Br 8,6 kG (BH) max 18 MGOe Die Giessform 7 hatte einen Rauminhalt von 30 cm3 und war auf eine Temperatur von 3000C vorgewärmt. Das Einbetten des Dauermagnets 1 erfolgte nach dem Druckgussverfahren, indem die Giessform 7 an eine Druckgussmaschine angeschlossen und binnen 1 sec mit flüssigem Metall 3 gefüllt wurde. Im vorliegenden Beispiel handelte es sich um eine Zinklegierung der folgenden Zusammensetzung: A1: 3,5 . 4,3 Gew.-% Cu: t 0,1 Gew.-% Mg: 0,02 5 0,06 Gew.-% Zn: Rest Die Giesstemperatur betrug dabei ca. 4500C. Das Gusswerkstück wurde nach 10 sec. mittels hier nicht gezeichnetem Auswerfer aus der Form 7 ausgestossen und an Luft abgekühlt.
  • Der Magnet 1 zeigte nach dem Abkühlen vereinzelte Haarrisse, die jedoch seine Funktionsfähigkeit nicht beeinflussen. Seine magnetischen Eigenschaften wurden wie folgt bestimmt: IHC - 23 kOe HK = 8 kOe Br - 8,3 kOe (BH) max - 16 MGOe Nach erneutem Aufmagnetisieren in einem magnetischen Feld von 25kOe wurden die oben angegebenen ursprünglichen magnetischen Werte vor dem Einbetten wieder voll erreicht.
  • Beispiel 6: Anordnung und Giessvorgang sind anhand eines Schnittes durch die Giessvorrichtung in Fig. 6 schematisch dargestellt. Analog zu Beispiel 5 wurde ein Dauermagnet-Sinterkörper 1 mit gleichen Abmessungen in einem metallischen Grundstoff 3 eingebettet. Die bei Raumtemperatur vor dem Eingiessen gemessenen Eigenschaften ergaben sich wie folgt: IHC = 24,5 kOe HK = 12 kOe Br = 8,4 kG (BH) = 18 MGOe max Das Einbettungsmetall war im vorliegenden Fall eine Aluminiumlegierung der folgenden Zusammensetzung: Si: 7,5 . 9,5 Gew.-% Cu: 1,5 . 3,0 Gew.-% Al: Rest Die Giessform 7 war auf 3000C vorgewärmt, die Giesstemperatur des flüssigen Metalls betrug ca 680°C und der Giessvorgang war nach 1 sec beendet. Das fertige Werkstück wurde nach 10 sec aus der Form 7 ausgeworfen und an Luft abgekühlt. Der Magnet 1 zeigte nach dem Abkühlen zahlreiche Haarrisse, blieb jedoch im wesentlichen beisammen, so dass seine Funktionsfähigkeit erhalten blieb. Seine magnetischen Eigenschaften wurden wie folgt bestimmt: IHC : 19 kOe HK = 4,5 kOe Br = 8 kOe (BH)max = 13,5 MGOe Nach Aufmagnetisieren in einem magnetischen Feld von 40kode wurden die für diesen Sintermagnet angegebenen ursprünglichen magnetischen Eigenschaften vor dem Einbetten wieder erreicht.
  • Anwendungsbeispiel: Fig. 7 zeigt den Grundriss und Fig. 8 den Längsschnitt eines Schwungrades für Magnet zündung einer Motorsäge. Ein SE/Co-Dauermagnet 1, zwei Polschuhe 9, ein Gegengewicht 10 und eine Stahlnabe 11 wurden in eine auf 3000C vorgewärmte Giessform eingelegt. Der Magnet 1 hatte die Abmessungen 12x18x3,5 mm und war derart magnetisiert, dass der Magnetisierungsvektor senkrecht auf der grössten Fläche stand. Die Polschuhe 9 bestanden aus einem Paket gestanzter Elektrobleche und schlossen bündig an den Dauermagnet 1 an. Die derart vorbereitete Giessform wurde in eine Giessmaschine gebracht und nach dem unter Beispiel 6 beschriebenen Verfahren mit einer Aluminiumlegierung der dort angegebenen Zusammensetzung gefüllt. Nach dem Erstarren und Auswerfen aus der Form wurde das Werkstück an Luft abekühlt. Das aus Gusskörper 12, Dauermagnet 1, Polschuhen 9, Gegengewicht 10 und Stahlnabe 11 bestehende rohe Werkstück wurde hierauf einer spanabhebenden mechanischen Bearbeitung unterzogen, wobei es seine endgültige Form erhielt. Der Dauermagnet 1 wurde nun in einer Magnetisierungsvorrichtung wieder aufmagnetisiert, um seine ursprünglichen magnetischen Eigenschaften wieder herzustellen. Dank dem Eingiessen von Dauermagneten des Typs SE/Co konnte das Magnutvolumen gegenüber bisher üblichen Magneten auf Aluminium-Nickel-Kobalt-Basis (Alnico)auf 1/7 gesenkt werden.
  • Beim Einbetten von SE/Co-Dauermagneten gemäss vorstehendem Anwendungsbeispiel kann auch von nicht magnetisiertem Material ausgegangen werden, wobei der Magnet erst in der speziellen Magnetisierungsvorrichtung seine endgÜltigen Eigenschaften erhält.
  • Durch das erfindungsgemässe Verfahren wurde die Möglichkeit geschaffen, Dauermagnete des Typs SE/Co trotz ihrer thernischen, mechanischen und magnetischen Empfindlichkeit mittels Ein - bzw. Umgiessen in metallische Grundwerkstoffe einzubetten. Gegenüber anderen Einbaumethoden wie beispielsweise Kleben mit Kunststoffen werden dadurch eine bessere Befestigung, ein besserer Schutz gegen Eindringen von Staub und Schmutz, eine höhere mechanische Festigkeit des Endproduktes und eine höhere Wirtschaftlichkeit der Fertigung erzielt. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemässe Eingiessen, die Dauermagnete vollständig im endgültigen Werkstück zu integrieren.
  • Das erfindungsgemäs-se Herstellungsverfahren lässt sich insbesondere vorteilhaft anwenden beim Bau von Schwungrädern für Waldsägen, Motorräder, Mopeds, Rasenmäher und Motorboote, ferner bei der Konstruktion von Statoren und Rotoren elektrischer Maschinen, beim Bau von magnetischen Lagern, bei der Ausführung von Haftmagnetsystemen und bei der Verwirklichung von Massnahmen zur Erzielung eines mechanischen und chemischen Schutzes von SE/Co-Dauermagneten bei Geräten und Apparaten in der Erzaufbereitung und der chemischen Verfahrenstechnik.

Claims (38)

  1. Patentansprüche S Verfahren zum Einbetten eines aus Seltenen Erden und Kobalt zusammengesetzten Dauermagnets in einem metallischen Grundstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet in eine Giessform gebracht und hierauf durch Eingiessen und/oder Umgiessen des im wesentlichen flüssigen, und daraufhin zur Erstarrung gebracnten Grundstoffes mit demselben mechanisch fest verbunden wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff als Kokillenguss in die Form eingebracht wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff als Spritzguss in die Form eingebracht wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff als Pressguss in die Form eingebracht wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff als Druckguss in die Form eingebracht wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff eine Aluminiumlegierung ist und die Giesstemperatur 650 0c bis 8000C beträgt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff eine Al-Mg-Si-Legierung mit 8 bis 12 Gew. Si und 0,1 bis 0,5 Gew.% Mg ist.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff eine Al-Si-Cu-Legierung mit 7 bis 10 Gew.-% Si und 1 bis 4 Gew.-% Cu ist.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff eine Al-Si-Mg-Legierung mit 0,3 bis 1 Gew.-X Mg und 3 bis 7 Gew.-;C Si ist.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff eine Zinklegierung ist und die Giesstemperatur 4000C bis 5000 C beträgt.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff eine Zn-Al-Legierung mit 3 bis 5 Gew.-; Al ist.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff eine Magnesiumlegierung ist und die Giesstemperatur 65000 bis 8000C beträgt.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Einbettung des Dauermagnets verwendete Grundstoff eine Kupferlegierung ist und die Giesstemperatur 8000C bis 12000C beträgt.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet vor dem Einbetten auf eine Temperatur von 2500C bis 2800C vorgewärmt wird.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch Gekeniizcichnet, dass die Giessform auf eine Temperatur von 2500C bis 40000 vorgewärmt wird.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform nach dem Einbetten des Dauermagnets abgeschreckt wird.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der fertige, den Dauermagnet enthaltende Gusskörper nach dem Auswerfen aus der Form in Luft abgekühlt wird.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der fertige, den Dauermagnet enthaltende Gusskörper nach dem Auswerfen aus der Form in einer Kühlflüssigkeit abgeschreckt wird.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet vor dem Einbetten mit einem Metallkörper von gegenüber dem Magnet höherer mechanischer Festigkeit und höherer Temperaturbeständigkeit versehen und mechanisch zusammengehalten wird.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper ein Stahldraht ist.
  21. 21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper ein Stahlband ist.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper ein Gusskörper ist, in welchem der Dauermagnet primär durch Eingiessen und/oder Umgiessen befestigt ist.
  23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper aus einer Legierung der gleichen Zusammensetzung wie der Grundstoff besteht.
  24. 24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper aus einer Legierung besteht, deren Schmelzpunkt unterhalb desjenigen des Grundstoffes liegt.
  25. 25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper aus einer Legierung besteht, deren Schmelzpunkt 500C bis 1000C unter demjenigen des Grundstoffes liegt.
  26. 26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper aus einer Legierung besteht, deren Schmelzpunkt mindestens 1000C unter demjenigen des Grundstoffes liegt.
  27. 27. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet vom Typ SE Co5 (1/5) ist, der allgemeinen chemischen Formel SE (Co, Fe, Cr, Mn, Cu)5 mit SE = Seltene Erden + Yttrium entspricht und eine innere Koerzitivfeldstärke 1H0 von 3 kOe bis 40 kOe und eine Remanenz Br von 5 kG bis 11 kG aufweist.
  28. 28. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet vom Typ SE2Col7 (2/17) ist, der allgemeinen chemischen Formel SL (Co, Pe, n, Cr, Cu)7a,c; mit SE = Seltene Erden + Yttrium entspricht und eine innere Koerzitivfeldstärke IHC von 0,5 kOe bis 15 kOe und eine Remanenz Br von 9 kG bis 12,5 kG aufweist.
  29. 29. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Grundstoff eingebettete Dauermagnet in einem magnetischen Feld von mindestens 2 kOe aufmagnetisiert wird.
  30. 30. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei der Einbettung von Dauermagneten in metallische Bauteile des Maschinen- und Apparatebaus sowie im Installationswesen.
  31. 31. Anwendung nach Anspruch 30 bei der Einbettung von Dauermagneten in Schwungräder.
  32. 32. Anwendung nach Anspruch 30 bei der Herstellung von Statoren und Rotoren elektrischer Maschinen.
  33. 33. Anwendung nach Anspruch 30, beim Bau von Haftmagnetsystemen.
  34. 34. Anwendung nach Anspruch 30, beim Bau von Kupplungen.
  35. 35. Anwendung nach Anspruch 30, bei der Herstellung von magnetischen Lagern.
  36. 36. Anwendung nach Anspruch 30, bei der Einbettung von Dauermagneten in Mikrowellenkomponenten.
  37. 37. Anwendung nach Anspruch 30, bei der Herstellung von mit Magneten betätigten Schaltern.
  38. 38. Anwendung nach Anspruch 30, bei der Herstellung von magnetischen Bremsen.
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