EP4672286A1 - Verfahren und stoffgemisch zur herstellung kunststoffgebundener permanentmagnete aus recyceltem, pulverförmigem magnetmaterial - Google Patents

Verfahren und stoffgemisch zur herstellung kunststoffgebundener permanentmagnete aus recyceltem, pulverförmigem magnetmaterial

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EP4672286A1
EP4672286A1 EP25184802.4A EP25184802A EP4672286A1 EP 4672286 A1 EP4672286 A1 EP 4672286A1 EP 25184802 A EP25184802 A EP 25184802A EP 4672286 A1 EP4672286 A1 EP 4672286A1
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EP
European Patent Office
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magnetic material
powder
epoxy resin
percent
weight
Prior art date
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Application number
EP25184802.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Krengel
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Wilo SE
Original Assignee
Wilo SE
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01F1/0578—Alloys characterised by their composition containing rare earth metals and magnetic transition metals, e.g. SmCo5 and IIIa elements, e.g. Nd2Fe14B in the form of particles, e.g. rapid quenched powders or ribbon flakes pressed, sintered or bonded together bonded together

Definitions

  • the invention relates to a method for producing polymer-bonded permanent magnets from recycled, powdered magnetic material derived from waste magnets originating from various applications, wherein the magnetic material is mixed with an epoxy resin and a pressing aid, compacted into a powder pellet in a powder press, and subsequently cured in an oven.
  • the invention further relates to a mixture of materials for carrying out the method.
  • polymer-bonded neodymium-iron-boron (NdFeB) magnets are technically very relevant because they have a significantly higher magnetic performance than hard ferrites, which in turn allows for smaller permanent magnets. At the same time, they are mechanically very robust. Polymer-bonded magnets can be manufactured in complex shapes, and their magnetization is freely selectable.
  • the epoxy resin is the polymer in which the powder particles of the magnetic material are bound. The epoxy resin melts in the oven, fills the spaces between the powder particles, and acts as an adhesive.
  • Recycled magnetic material is characterized by fluctuating magnetic properties because the origin of the old magnets from which it is made varies.
  • the materials used to manufacture magnetic material vary.
  • Recycled magnetic material also regularly exhibits a wider range of components and impurities, as the used waste magnets are composed of different materials. These waste magnets originate from a variety of applications, such as wind turbine generators or electric vehicle motors.
  • whether the quality of the recycled magnetic material is sufficient to produce new permanent magnets with specified characteristics can only be determined after the new permanent magnets have been manufactured, specifically after they have been magnetized following oven curing.
  • An entire batch of recycled magnetic material may be unusable if even a few of the resulting permanent magnets do not exhibit sufficient magnetic properties. This is particularly problematic if the manufacturer of the recycled magnetic material and the manufacturer of the permanent magnets are different companies. In this case, the delivered magnetic material must be returned, resulting in additional logistical effort.
  • the quality of the batch cannot be easily improved due to the standard manufacturing process, as the magnetic material powder particles are coated with epoxy resin.
  • This coating is achieved through a "wet mixing" process, in which the recycled magnetic material powder is stirred into acetone as a solvent, in which a liquid epoxy resin has been dissolved. Subsequent vacuum drying removes the acetone, resulting in epoxy-coated magnetic material powder. Both process steps take place in a vacuum stirred dryer.
  • the method mentioned in the introduction is further developed in such a way that the epoxy resin is a powder and is dry-mixed with the magnetic material before compaction.
  • the proposed mixture for producing polymer-bonded permanent magnets according to the proposed method is, overall, a powder mixture of recycled, powdered magnetic material produced from waste magnets originating from various applications, an epoxy resin in powder form, and a pressing aid.
  • the batch of recycled magnetic material can easily be improved, for example, by altering the particle size distribution through sieving out excessive amounts of fines or oversize (coarse) particles, or by adding further powder with a different chemical composition and better magnetic properties, since it is not yet mixed with epoxy resin. Thus, no magnetic material needs to be discarded.
  • the present invention is therefore resource-efficient and contributes to sustainability.
  • Zinc stearate has proven particularly suitable as a pressing aid. It acts as a lubricant between the powder particles of the magnetic material and, with the same pressing force, results in a higher density of the magnetic material.
  • the pressing aid is mixed with the magnetic material at a proportion of between 0.8 and 1.5 percent by weight, preferably approximately 1.0 or 1.2 percent by weight.
  • the percentage by weight refers to the total quantity of the powder mixture consisting of the magnetic material powder, the epoxy resin powder, and the pressing aid.
  • the pressing aid thus comprises between 1.0 and 1.5 percent by weight, preferably approximately 1.0 or 1.2 percent by weight, of the mixture.
  • the epoxy resin can be mixed with the magnetic material at a proportion or dosage of between 1.3 and 1.8 percent by weight, preferably 1.5 percent by weight.
  • the epoxy resin thus constitutes a proportion of between 1.3 and 1.8 percent by weight, preferably 1.5 percent by weight, in the mixture. It has been shown that a proportion within this range is suitable for binding all of the magnetic powder without the epoxy resin leaching from the outer surface of the compacted powder.
  • the value of 1.8 percent by weight can be understood in this context as a limit value for a standard dosage of the epoxy resin.
  • the extrusion of epoxy resin from the outer surface of the powder compact may be desirable, as the adhesive properties of the epoxy resin allow it to bond the permanent magnet being produced to a metal component immediately.
  • a metal component could, for example, be a stainless steel sleeve encapsulating the permanent magnet.
  • the epoxy resin can be mixed with the magnetic material at a proportion of between 1.8 and 2.5 percent by weight, preferably between 2.0 and 2.2 percent by weight.
  • the epoxy resin then constitutes a proportion of between 1.8 and 2.5 percent by weight, preferably between 2.0 and 2.2 percent by weight, in the mixture.
  • the powder compact is encapsulated in a stainless steel sleeve before curing. It is then placed in the oven along with the stainless steel sleeve to cure.
  • the resin Due to the higher dosage of epoxy resin used compared to the standard dosage, the resin oozes out of the surface of the powder compact because of the temperature in the oven and acts as an adhesive to the stainless steel sleeve. Since curing in the oven takes place at a relatively low temperature between 170°C and 190°C, preferably 180°C, the stainless steel sleeve survives the time in the oven without damage.
  • the stainless steel sleeve can, for example, have a wall thickness between 0.3mm and 0.8mm, preferably 0.5mm.
  • the magnetic material can be produced, for example, by centrifugal melting. In this process, shredded scrap magnets are melted down and extruded drop by drop onto a rotating roller or cylinder, from where they bounce off and cool into flakes.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the production of ring-shaped permanent magnets.
  • the permanent magnets are preferably used in electric motors intended for driving centrifugal pumps.
  • Figure 1 shows a state-of-the-art process for manufacturing permanent magnets from recycled magnetic material 2.
  • waste magnets 1 made of a neodymium-iron-boron (NdFeB) alloy are first collected in step S1, then crushed in step S2, and finally melted in step S3.
  • step S4 powder particles in the form of flakes are then obtained from the melt by centrifugal force.
  • Magnetic material 2 is formed, which is then further processed.
  • the flakes have an average grain size of 150 ⁇ m.
  • this magnetic material 2 is mixed with a liquid epoxy resin 6a dissolved in acetone (step S5). Since acetone is also liquid, this is referred to as "wet mixing.” The powder particles are thereby coated with epoxy resin 6a. The magnetic material is then vacuum-dried (step S6) to remove the acetone, leaving behind the epoxy resin-coated magnetic material powder 3.
  • the wet mixing in step S5 and the drying in step S6 are carried out in a vacuum stirred dryer.
  • steps S1 to S6 are carried out at the supplier of the magnetic material powder 3, who delivers the magnetic material powder 3 coated with epoxy resin 6a to the magnet manufacturer. It thus forms the starting material for magnet production.
  • the magnet manufacturer's initial step is to mix the magnetic material powder 3 with a powdered pressing aid, step S7a. This is done dry, i.e., without the addition of a liquid solvent.
  • step S8 This yields a powder mixture 4, which is then compacted into a powder pellet 5 in a powder press (step S8). This is done at a density of 10 t/ cm2 , achieving 80% of the material's theoretical density and also 80% of the magnetic remanent flux density.
  • the powder pellet 5 has the desired final shape of the permanent magnet to be produced.
  • This powder pellet 5 is then placed in an oven to cure at a temperature of 180°C. During this process, the epoxy resin 6a polymerizes, causing the powder particles to bond together.
  • the next step of magnetization involves exposing the manufactured permanent magnet to a strong electromagnetic field, which imprints its magnetic orientation. Only after magnetization can the magnetic properties or quality of the original magnet material 2 be determined. If the quality is not If the amount of material is sufficient, the entire batch of magnetic material 3 containing epoxy resin 6a must be sent back to the supplier for recycling.
  • FIG. 2 A first embodiment of a method according to the invention is shown, which is significantly simpler than the prior art and enables the test production of permanent magnets from a batch.
  • the process according to the invention does not involve wet mixing (step S5) and consequently no vacuum drying (step S6), so that neither acetone nor a vacuum stirred dryer is required.
  • the magnetic material 2 obtained from the centrifugal melting process is delivered directly to the magnet manufacturer.
  • not the entire batch of magnetic material 2 is delivered, but only a partial quantity, i.e., a preliminary batch.
  • the magnet manufacturer will mix the magnetic material 2, or the pre-drawn sample, with the epoxy resin 6b. This is done in step S7b by simultaneously adding the epoxy resin 6 and the molding aid to the magnetic material powder.
  • the epoxy resin 6b and the molding aid can also be mixed with the magnetic material powder sequentially.
  • the epoxy resin 6b is also a powder in this case, so the material mixture remains dry and in powder form, or in the form of powder mixture 4.
  • the molding aid has a proportion of 1.2% by weight and the epoxy resin 6b a proportion of 1.5% by weight.
  • Zinc stearate is used as a pressing aid.
  • step S8 The powder mixture 4 is compacted in the powder press to form a powder pellet 5, step S8, which is then placed in the oven and hardens there, step S10.
  • step S10 the polymerization of the epoxy resin is not triggered directly at this point. Rather, the powdered epoxy resin melts, thereby encapsulating the powder particles and filling the spaces between them.
  • the magnetization process then follows. If it turns out that the quality of the batch is insufficient, the remainder of the batch of magnetic material 2 does not need to be sent back to the supplier, as it has already remained with them. Instead, the supplier can immediately rectify the batch.
  • Figure 3 shows a further development of the procedure in Figure 2 It differs from the first version only in that the epoxy resin powder 6b has a higher proportion in the powder mixture, namely between 1.8 and 2.5 percent by weight, for example, 2.2 percent by weight. Such a proportion, since it exceeds 1.8 percent by weight, is referred to as "overdosed.” This results in epoxy resin oozing from the surface of the powder compact during curing in the oven. This is used to bond a stainless steel sleeve, which encapsulates the permanent magnet, to it. For this purpose, after the powder compact 5 has been produced, such a stainless steel sleeve is slid over the powder compact 5, or alternatively, the powder compact 5 is inserted into the stainless steel sleeve. The powder compact 5 then cures in the oven together with the stainless steel sleeve, where it is bonded to the permanent magnet by the epoxy resin 6b.
  • the epoxy resin powder 6b has a higher proportion in the powder mixture, namely between 1.8 and 2.5 percent by weight, for
  • the inventive method according to the Figure 2 or 3 is preferably used to manufacture ring-shaped permanent magnets, in particular permanent magnets for electric motors that drive centrifugal pumps.
  • the invention includes any Changes, variations or modifications of embodiments are permitted, which involve the replacement, addition, alteration or omission of elements, components, process steps, values or information, as long as the basic idea of the invention is retained, regardless of whether the change, variation or modification leads to an improvement or deterioration of an embodiment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kunststoffgebundener Permanentmagnete aus recyceltem, pulverförmigen Magnetmaterial (2), das aus Altmagneten (1) hergestellt ist, die aus unterschiedlichen Anwendungen stammen, wobei das Magnetmaterial (2) mit einem Epoxidharz (6b) und einem Presshilfsmittel vermischt, in einer Pulverpresse zu einem Pulverpressling verdichtet und dieser anschließend in einem Ofen ausgehärtet wird. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Epoxidharz (6b) ein Pulver ist und mit dem Magnetmaterial (2) vor dem Verdichten trocken gemischt wird. Dies vereinfacht das Verfahren und ermöglicht einen Chargenvorabzug, mit dem die Qualität des Magnetmaterials überprüft werden kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Stoffgemisch (4) zur Herstellung kunststoffgebundener Permanentmagnete nach dem Verfahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kunststoffgebundener Permanentmagnete aus recyceltem, pulverförmigem Magnetmaterial, das aus Altmagneten hergestellt ist, die aus unterschiedlichen Anwendungen stammen, wobei das Magnetmaterial mit einem Epoxidharz und einem Presshilfsmittels vermischt, in einer Pulverpresse zu einem Pulverpressling verdichtet und dieser anschließend in einem Ofen ausgehärtet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Stoffgemisch zur Durchführung des Verfahrens.
  • Das Recyceln alter Permanentmagnete gewinnt vor dem Hintergrund stetig knapper werdender Ressourcen an seltenen Erden und deren geographisch extrem eingeschränkte Verteilung auf der Erde immer mehr an Bedeutung.
  • Vor allem sind kunststoffgebundene Magnete aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) technisch besonders relevant, da sie gegenüber Hartferriten eine wesentlich höhere magnetische Leistung haben, woraus wiederum die Möglichkeit resultiert, die Permanentmagnete kleiner auszuführen. Gleichzeitig sind sie mechanisch sehr belastbar. Kunststoffgebundenen Magnete können mit komplexen Formen hergestellt werden und ihre Magnetisierung ist frei wählbar. Bei kunststoffgebundenen Permanentmagneten ist das Epoxidharz der Kunststoff, in dem die Pulverpartikel des Magnetmaterials gebunden sind. Das Epoxidharz schmilzt im Ofen, füllt die Zwischenräume zwischen den Pulverpartikeln und wirkt als Kleber.
  • Recyceltes Magnetmaterial zeichnet sich durch eine schwankende Qualität seiner magnetischen Eigenschaften aus, weil die Herkunft der Altmagnete, aus denen das Magnetmaterial hergestellt wird, variiert. Das recycelte Magnetmaterial weist regelmäßig auch ein breiteres Spektrum an Inhaltsstoffen bzw. Verunreinigungen auf, da die verwendeten Altmagnete aus unterschiedlichen Inhaltsstoffen zusammengesetzt sind. Die Altmagnete stammen aus unterschiedlichsten Anwendungen, beispielsweise aus Generatoren von Windkraftanlagen oder Elektromotoren von Elektrofahrzeugen. Ob die Qualität des recycelten Magnetmaterials ausreicht, um neue Permanentmagnete mit vorgegebenen Spezifikationen herzustellen, kann jedoch erst nach der Herstellung der neuen Permanentmagnete festgestellt werden, genauer gesagt, nachdem diese nach dem Aushärten im Ofen magnetisiert worden sind. Möglicherweise ist eine gesamte Charge an recyceltem Magnetmaterial unbrauchbar, wenn bereits einige wenige daraus hergestellte Permanentmagnete keine ausreichende Qualität bei den magnetischen Eigenschaften aufweisen. Dies ist vor allem dann problematisch, wenn der Hersteller des Magnetmaterials und der Hersteller der Permanentmagnete unterschiedliche Firmen sind. Denn in diesem Fall muss das gelieferte Magnetmaterial zurückgeschickt werden, so dass ein zusätzlicher logistischer Aufwand besteht.
  • Zu berücksichtigen ist, dass die Qualität der Charge aufgrund des üblichen Herstellungsprozesses nicht so leicht verbessert werden kann, weil die Pulverpartikel des Magnetmaterials vom Epoxidharz umhüllt sind. Die Umhüllung wird durch ein "Nassmischen" erreicht, indem das recycelte Magnetmaterialpulver in Aceton als Lösungsmittel gerührt wird, in welchem ein flüssiges Epoxidharz aufgelöst wurde. Durch anschließendes Vakuumtrocknen wird das Aceton anschließend wieder entfernt, so dass man mit Epoxidharz umhülltes Magnetmaterialpulver erhält. Beide Prozessschritte erfolgen in einem Vakuumrührtrockner.
  • Es besteht zwar die Möglichkeit, diesen Herstellungsprozess zur miniaturisieren, indem nur eine kleine Menge recyceltem Magnetmaterials mit dem Epoxidharz nass gemischt wird und Testmagnete nur aus dieser kleinen Menge hergestellt werden, deren Qualität dann untersucht wird. Jedoch erfordert dies einen parallelen Herstellungsprozess und zudem neue Maschinen, nämlich einen kleineren Vakuumrührtrockner.
  • Darüber hinaus ist das beschriebene Nassmischen des Magnetmaterialpulvers in Aceton aufwändig, teuer und sicherheitsbedenklich.
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern und zu vereinfachen, ohne recyceltes Magnetmaterial zu verschwenden, wobei auf die Verwendung von Aceton verzichtet, die Anschaffung neuer Maschinen vermieden und ein Chargenvorabzug zu Testzwecke möglich werden soll. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Stoffgemisch bereitzustellen, das die Herstellung der Permanentmagnete mit dem verbesserten Verfahren ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Stoffgemisch mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das in der Einleitung genannte Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass das Epoxidharz ein Pulver ist und mit dem Magnetmaterial vor dem Verdichten trocken gemischt wird. Das vorgeschlagene Stoffgemisch zur Herstellung kunststoffgebundener Permanentmagnete nach dem vorgeschlagenen Verfahren ist insgesamt ein Pulvergemisch aus recyceltem, pulverförmigen Magnetmaterial, das aus Altmagneten hergestellt ist, die aus unterschiedlichen Anwendungen stammen, einem Epoxidharz in Pulverform und einem Presshilfsmittel.
  • Die Verwendung eines Epoxidharzes in Pulverform hat zahlreiche Vorteile. Zum einen kann auf die Verwendung von Aceton verzichtet werden und durch das Trockenmischen wird auch kein Vakuumrührtrockner benötigt. Bereits deshalb ist das Herstellungsverfahren einfacher, preiswerter und weniger sicherheitsgefährdend. Ein großer Vorteil besteht allerdings darin, dass von einer hergestellten Charge an recyceltem Magnetmaterial nur eine kleine Teilmenge als Chargenvorabzug mit dem Epoxidharz gemischt werden braucht, um daraus dann Proben neuer Permanentmagnete zunächst nur zu Testzwecken herzustellen und deren magnetische Eigenschaften zu prüfen. Sollte sich dabei herausstellen, dass die magnetischen Eigenschaften unzureichend sind, kann die Charge recycelten Magnetmaterials problemlos nachgebessert werden, beispielsweise indem die Kornverteilung durch Absieben von zu viel Feinanteil oder Überkorn (Grobanteil) verändert wird oder weiteres Pulver mit einer anderen chemischen Zusammensetzung und besseren magnetischen Eigenschaften hinzugemischt wird, da es noch nicht mit Epoxidharz vermengt ist. Somit muss kein Magnetmaterial weggeworfen werden. Die vorliegende Erfindung ist deshalb ressourcenschonend und leistet einen Beitrag zur Nachhaltigkeit.
  • Vorzugsweise ist auch das Presshilfsmittel pulverförmig und wird gemeinsam, d.h. gleichzeitig mit dem Epoxidharz dem Magnetmaterial trocken hinzugemischt. Somit müssen im Gegensatz zum Stand der Technik keine zwei separaten Mischprozesse für das Epoxidharz einerseits und das Presshilfsmittel andererseits verwendet werden, was das Herstellungsverfahren ebenfalls vereinfacht.
  • Als besonders geeignet als Presshilfsmittel hat sich Zinkstearat herausgestellt. Es dient als Schmierstoff zwischen den Pulverpartikeln des Magnetmaterials und bewirkt bei gleicher Presskraft eine höhere Verdichtung des Magnetmaterials.
  • Es ist ausreichend, wenn das Presshilfsmittel mit einem Anteil zwischen 0,8 und 1,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 1,0 oder 1,2 Gewichtsprozent, mit dem Magnetmaterial gemischt wird. Die Gewichtsprozentangabe bezieht sich auf die Gesamtmenge der Pulvermischung bestehend aus dem Magnetmaterialpulver, dem Epoxidharzpulver und dem Presshilfsmittel. Das Presshilfsmittel weist also einen Anteil zwischen 1,0 und 1,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 1,0 oder 1,2 Gewichtsprozent am Stoffgemisch auf.
  • Das Epoxidharz kann in einer Ausführungsvariante mit einem Anteil bzw. einer Dosierung zwischen 1,3 und 1,8 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 1,5 Gewichtsprozent mit dem Magnetmaterial gemischt werden. Das Epoxidharz weist somit einen Anteil zwischen 1,3 und 1,8 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 1,5 Gewichtsprozent am Stoffgemisch auf. Es hat sich gezeigt, dass ein in dem genannten Bereich Anteil geeignet ist, um das gesamte Magnetpulver zu binden, ohne dass das Epoxidharz aus der äußeren Mantelfläche des Pulverpresslings austritt. Der Wert von 1,8 Gewichtsprozent kann in diesem Zusammenhang als ein Grenzwert für eine Standarddosierung des Epoxidharzes verstanden werden.
  • In einer anderen Ausführungsvariante kann ein Austreten von Epoxidharz aus der äußeren Mantelfläche des Pulverpresslings aber gerade gewünscht sein, weil dies aufgrund der Klebewirkung des Epoxidharzes dazu genutzt werden kann, den herzustellenden Permanentmagneten sogleich mit einer Metallkomponente zu verkleben. Eine solche Metallkomponente kann beispielsweise eine Edelstahlhülse sein, die den Permanentmagneten einkapselt. So kann das Epoxidharz mit einem Anteil zwischen 1,8 und 2,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 2,0 bis 2,2 Gewichtsprozent mit dem Magnetmaterial gemischt werden. Das Epoxidharz weist dann also einen Anteil zwischen 1,8 und 2,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 2,0 bis 2,2 Gewichtsprozent am Stoffgemisch auf. Zudem ist vorgesehen, dass der Pulverpressling vor dem Aushärten in einer Edelstahlhülse gekapselt wird. Er wird dann mitsamt der Edelstahlhülse im Ofen angeordnet, um auszuhärten. Durch die gegenüber der Standarddosierung verwendeten Überdosierung des Epoxidharzes quillt dieses aufgrund der Temperatur im Ofen aus der Mantelfläche des Pulverpressling heraus und wirkt als Kleber zur Edelstahlhülse. Da das Aushärten im Ofen bei einer vergleichsweise geringen Temperatur zwischen 170°C und 190°C, vorzugsweise von 180°C erfolgt, übersteht Edelstahlhülse die Zeit im Ofen beschädigungsfrei.
  • Die Edelstahlhülse kann beispielsweise eine Wandstärke zwischen 0,3mm und 0,8mm, vorzugsweise von 0,5mm aufweisen.
  • Das Magnetmaterial kann beispielsweise durch Schmelzschleudern hergestellt sein. Bei diesem Verfahren werden zerkleinerte Altmagnete eingeschmolzen und tröpfchenweise auf eine rotierende Rolle oder Walze extrudiert, von wo sie abprallen und der Form von Flocken (Flakes) erkalten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung ringförmiger Permanentmagnete.
  • Bevorzugt werden die Permanentmagnete in Elektromotoren eingesetzt, die zum Antrieb von Kreiselpumpen vorgesehen sind.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Pulvermischung werden nachfolgend anhand von konkreten Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert.
  • Es ist zu beachten, dass im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung die Begriffe "aufweisen", "umfassen" oder "enthalten" das Vorhandensein anderer Merkmale keineswegs ausschließen. Außerdem schließt die Verwendung des unbestimmten Artikels für einen Gegenstand den Plural dieses Gegenstands nicht aus.
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    Ein Ablaufdiagramm für die Herstellung von Permanentmagneten aus recyceltem Magnetmaterial nach dem Stand der Technik
    Figur 2:
    Ein Ablaufdiagramm für die Herstellung von Permanentmagneten aus recyceltem Magnetmaterial nach einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung
    Figur 3:
    Ein Ablaufdiagramm für die Herstellung von Permanentmagneten aus recyceltem Magnetmaterial nach einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung
  • Die in den Figuren enthaltenen Bezugszeichen behalten ihre Bedeutung von Figur zu Figur bei. In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen immer die gleichen oder gleichwertige Verfahrensschritte und Materialien, sofern nicht anders angegeben ist.
  • Figur 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Permanentmagneten aus recyceltem Magnetmaterial 2 nach dem Stand der Technik. Bei dem Verfahren werden zunächst Altmagnete 1 aus einer Neodym-Eisen-Bor (NdFeB)-Legierung in einem ersten Schritt S1 gesammelt, in einem zweiten Schritt S2 zerkleinert und in einem dritten Schritt S3 eingeschmolzen. Aus der Schmelze werden anschließend in Schritt S4 durch Schmelzschleudern Pulverpartikel in Form von Flocken gewonnen, die das Magnetmaterial 2 bilden, das weiter verarbeitet wird. Die Flocken haben eine mittlere Korngröße von 150µm.
  • Nach dem Stand der Technik ist vorgesehen, dieses Magnetmaterial 2 mit einem in Aceton aufgelösten, flüssigen Epoxidharz 6a zu mischen, Schritt S5. Da Aceton ebenfalls flüssig ist, spricht man hier auch von einem "nassmischen". Die Pulverpartikel werden dadurch mit Epoxidharz 6a umhüllt. Das Magnetmaterial wird anschließend vakuumgetrocknet, Schritt S6, um das Aceton zu entfernen, so dass das mit Epoxidharz 6a umhüllte Magnetmaterialpulver 3 übrigbleibt. Das Nassmischen in Schritt S5 und das Trocknen in Schritt S6 werden in einem Vakuumrührtrockner ausgeführt.
  • Die genannten Schritte S1 bis S6 werden beim Lieferanten des Magnetmaterialpulvers 3 ausgeführt, der das mit Epoxidharz 6a umhüllte Magnetmaterialpulver 3 an den Magnethersteller liefert. Es bildet somit das Ausgangsmaterial für die Magnetherstellung.
  • Beim Magnethersteller ist zunächst vorgesehen, dass das Magnetmaterialpulver 3 mit einem pulverförmigen Presshilfsmittel gemischt wird, Schritt S7a. Dies erfolgt trocken, d.h. ohne in Hinzunahme eines flüssigen Lösungsmittels.
  • Man erhält somit eine Pulvermischung 4 die anschließend in einer Pulverpresse zu einem Pulverpressling 5 verdichtet wird, Schritt S8. Dies erfolgt mit 10 t/cm2, womit 80 % der theoretischen Dichte des Werkstoffs und auch 80 % der magnetischen Remanenzflussdichte erreicht werden. Der Pulverpressling 5 hat die gewünschte Endform des herzustellenden Permanentmagneten. Dieser Pulverpressling 5 wird dann in einen Ofen verbracht, um dort bei einer Temperatur von 180°C auszuhärten. Dabei setzt die Polymerisation des Epoxidharzes 6a ein, wodurch die Pulverpartikel miteinander verkleben.
  • Nicht dargestellt ist in Figur 1 der weitere Schritt der Magnetisierung, bei dem der hergestellte Permanentmagnet einem starken elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird, welches ihm die magnetische Ausrichtung aufprägt. Erst nach der Magnetisierung lässt sich feststellen, welche magnetischen Eigenschaften bzw. Qualität das ursprüngliche Magnetmaterial 2 besitzt. Sofern die Qualität nicht ausreicht, muss die gesamte Charge an mit Epoxidharz 6a versetztem Magnetmaterial 3 zurück zum Lieferanten geschickt werden, um sie erneut zu recyclen.
  • Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das gegenüber dem Stand der Technik deutlich einfacher ist und die testweise Herstellung von Permanentmagneten aus einem Chargenabzug ermöglicht. Wie ein Vergleich der Figur 2 mit der Figur 1 zeigt, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Nassmischen (Schritt S5) und folgemäßig auch kein Vakuumtrocknen (Schritt S6), so dass weder Aceton noch ein Vakuumrührtrockner benötigt wird. Vielmehr wird das aus dem Schmelzschleudern gewonnene Magnetmaterial 2 direkt an den Magnethersteller geliefert. Allerdings wird hier nicht die gesamte Charge an Magnetmaterial 2 geliefert, sondern nur eine Teilmenge, d.h. ein Vorabzug.
  • Es ist nun vorgesehen, dass der Magnethersteller das Magnetmaterial 2 bzw. den Vorabzug mit dem Epoxidharz 6b versetzt. Dies erfolgt in Schritt S7b, indem das Epoxidharz 6 gleichzeitig mit dem Presshilfsmittel dem Magnetmaterialpulver zugemischt wird. Selbstverständlich können das Epoxidharz 6b und das Presshilfsmittel auch nacheinander mit dem Magnetmaterialpulver vermischt werden. Das Epoxidharz 6b ist hier ebenfalls ein Pulver, so dass die Materialmischung weiterhin trocken ist und in Form eines Pulvers bzw. in Form der Pulvermischung 4 bleibt. Darin haben das Presshilfsmittel einen Anteil von 1,2 Gewichtsprozent und das Epoxidharz 6b einen Anteil von 1,5 Gewichtsprozent.
  • Als Presshilfsmittel wird Zinkstearat verwendet.
  • Die weiteren Schritte unterscheiden sich gegenüber dem Verfahrensablauf in Figur 1 nicht. So wird die Pulvermischung 4 in der Pulverpresse zu einem Pulverpressling 5 verdichtet, Schritt S8, der anschließend in den Ofen verbracht wird und dort aushärtet, Schritt S10. Allerdings wird hier dann nicht unmittelbar die Polymerisation des Epoxidharzes ausgelöst. Vielmehr ist es bei dem pulverförmige Epoxidharz so, dass dieser aufschmilzt und dadurch die Pulverpartikel umhüllt und die Zwischenräume zwischen den Pulverpartikeln ausfüllt.
  • Anschließend erfolgt dann die Magnetisierung. Ergibt sich, dass die Qualität der Charge nicht ausreicht, muss nicht der Rest der Charge an Magnetmaterial 2 zurück zum Lieferanten geschickt werden, da sie bei ihm verblieben ist. Vielmehr kann der Lieferant die Charge sogleich nachbessern.
  • Figur 3 zeigt eine Weiterbildung des Verfahrens in Figur 2. Es unterscheidet sich von der ersten Ausführungsvariante lediglich darin, dass das Epoxidharzpulver 6b einen höheren Anteil an der Pulvermischung aufweist, nämlich einen Anteil zwischen 1,8 und 2,5 Gewichtsprozent, beispielsweise 2,2 Gewichtsprozent. Ein solcher Anteil, da er den Wert von 1,8 Gewichtsprozent übersteigt, wird als "überdosiert" bezeichnet. Er hat zufolge, dass beim Aushärten des Pulverpresslings im Ofen Epoxidharz aus seiner Mantelfläche herausquillt. Dies wird dazu genutzt, um eine Edelstahlhülse, die den Permanentmagneten einkapselt, stoffschlüssig mit diesem zu verkleben. Hierzu wird nach der Herstellung des Pulverpresslings 5 eine solche Edelstahlhülse über den Pulverpressling 5 geschoben oder alternativ der Pulverpressling 5 in die Edelstahlhülse geschoben. Der Pulverpressling 5 härtet dann mitsamt der Edelstahlhülse im Ofen aus, wobei sie durch das Epoxidharz 6b mit dem Permanentmagneten verklebt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren nach der Figur 2 oder 3 wird bevorzugt dazu verwendet, ringförmige Permanentmagnete herzustellen, insbesondere Permanentmagnete für Elektromotoren, die Kreiselpumpen antreiben.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als "kann", "beispielhaft", "bevorzugt", "optional", "ideal", "vorteilhaft", "gegebenenfalls", "geeignet" oder dergleichen angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.
  • Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung kunststoffgebundener Permanentmagnete aus recyceltem, pulverförmigem Magnetmaterial (2), das aus Altmagneten (1) hergestellt ist, die aus unterschiedlichen Anwendungen stammen, wobei das Magnetmaterial (2) mit einem Epoxidharz (6b) und einem Presshilfsmittel vermischt, in einer Pulverpresse zu einem Pulverpressling verdichtet und dieser anschließend in einem Ofen ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz (6b) ein Pulver ist und mit dem Magnetmaterial (2) vor dem Verdichten trocken gemischt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Presshilfsmittel pulverförmig ist und gemeinsam mit dem Epoxidharz (6b) dem Magnetmaterial trocken hinzugemischt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Presshilfsmittel mit einem Anteil zwischen 1,0 und 1,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 1,0 oder 1,2 Gewichtsprozent mit dem Magnetmaterial (2) gemischt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz (6b) mit einem Anteil zwischen 1,3 und 1,8 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 1,5 Gewichtsprozent mit dem Magnetmaterial (2) gemischt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz (6b) mit einem Anteil zwischen 1,8 und 2,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 2,0 bis 2,2 Gewichtsprozent mit dem Magnetmaterial gemischt wird, und der Pulverpressling vor dem Aushärten in einer Edelstahlhülse gekapselt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelstahlhülse eine Wandstärke zwischen 0,3mm und 0,8mm, vorzugsweise von 0,5mm aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten im Ofen bei einer Temperatur zwischen 170°C und 190°C, vorzugsweise 180°C erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetmaterial durch Schmelzschleudern hergestellt ist.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete ringförmig sind.
  10. Stoffgemisch (4) zur Herstellung kunststoffgebundener Permanentmagnete nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfassend eine Mischung aus
    - recyceltem, pulverförmigem Magnetmaterial (2), das aus Altmagneten (1) hergestellt ist, die aus unterschiedlichen Anwendungen stammen,
    - einem Epoxidharz (6b) und
    - einem Presshilfsmittel,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz (6b) ein Pulver und das Stoffgemisch (4) insgesamt ein Pulvergemisch ist.
  11. Stoffgemisch (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Presshilfsmittel Zinkstearat in Pulverform ist.
  12. Stoffgemisch (4) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Presshilfsmittel einen Anteil zwischen 1,0 und 1,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 1,2 Gewichtsprozent am Stoffgemisch aufweist.
  13. Stoffgemisch (4) nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz (6b) einen Anteil zwischen 1,3 und 1,8 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 1,5 Gewichtsprozent am Stoffgemisch aufweist.
  14. Stoffgemisch nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz (6b) einen Anteil zwischen 1,8 und 2,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 2,0 bis 2,2 Gewichtsprozent am Stoffgemisch aufweist.
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