Permanentmagnete

Permanentmagnete sind in unserer stark technisch orientierten Welt nicht mehr wegzudenken. Durch die verschiedenen Magnetwerkstoffe mit ihren vielfältigen Eigenschaften haben sich Permanentmagnete als wichtige Bestandteile in unzähligen Tätigkeitsfeldern etabliert. Neben den alt bekannten Werkstoffen Ferrit und AlNiCo sind die modernen Seltenerd-Werkstoffe Neodym-Eisen-Bor und Samarium-Kobalt hervorzuheben. Diese bieten schon bei kleinen Abmessungen starke Magnetkräfte und erfüllen damit die steigende Nachfrage nach immer kleineren und stärkeren Magneten.

Eine Schlüsselrolle übernehmen Permanentmagnete z.B. im wachsenden Anwendungsbereich der Automatisierungstechnik. Dort, wo eine kontinuierliche Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Antriebe, Stellglieder und Sensoren erforderlich ist. Insbesondere durch die Entdeckung der Werkstoffe Samarium-Kobalt und Neodym-Eisen-Bor wurde ein großer Schritt in Richtung Zukunftstechnologien beschritten. Hier sind E-Bikes, Elektroantriebe im Automotive-Bereich oder Hybridfahrzeuge zu erwähnen, für deren Funktion Permanentmagnete unverzichtbar sind. Auch die „grüne“ Energiegewinnung durch Wind-, Wasserkraft und andere moderne Generatoren ist ohne Permanentmagnete nicht sinnvoll umsetzbar.

Ein weiteres großes Einsatzgebiet der Permanentmagnete ist die Sensortechnik. Überall dort, wo indirekt zu übertragende Messgrößen übermittelt werden müssen, sind Permanentmagnete gefragt. In schwierigen Umweltverhältnissen (Staub, Temperatur, Feuchtigkeit etc.) bilden sie oftmals die einzige Alternative der Messdatenerfassung.

Hartferrite sind die kostengünstigsten und weltweit verbreitetsten aller Magnetwerkstoffe. Es handelt sich um keramische Werkstoffe, die entsprechend sehr hart und spröde sind.

Im Vergleich mit anderen metallischen Magnetwerkstoffen sind die magnetischen Eigenschaften von Hartferritmagneten relativ niedrig. Neben den geringen Kosten liegen die Vorteile dafür in einer hohen Korrosions- und chemischen Beständigkeit. Zudem sind sie leicht magnetisierbar und bieten viele Anwendungsmöglichkeiten.

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Permanentmagnete aus AlNiCo kommen insbesondere in Anwendungsbereichen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit bis 500 °C fordern, zum Einsatz. Es handelt sich dabei um metallische Permanentmagnete auf Basis einer Aluminium-Nickel-Cobalt-Legierung. Teils werden der Legierung zusätzliche Metalle wie z.B. Eisen, Kupfer oder Titan zugesetzt.

Die große magnetische Stabilität gegenüber Temperatureinflüssen, der kleine Temperaturkoeffizent und eine hohe Remanenz machen diesen Werkstoff bei seiner leichten Magnetisierbarkeit für verschiedene Anwendungen interessant.

Dabei ist jedoch die ebenfalls leichte Entmagnetisierbarkeit aufgrund einer geringen Koerzitivfeldstärke von AlNiCo-Magneten zu berücksichtigen.

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SmCo-Magnete bestehen insbesondere aus Samarium (Sm) und Cobalt (Co) und werden hinsichtlich der zwei möglichen Legierungszusammensetzungen unterschieden in Sm1Co5 und Sm2Co17. Auch bezeichnet als 1/5-Legierung oder 2/17-Legierung. Diese zu der Gruppe der Seltenerd-Werkstoffe gehörenden Magnete weisen eine hohe Temperaturstabilität und Korrosionsbeständigkeit, einen geringen Temperaturkoeffizienten und eine sehr hohe Koerzitivfeldstärke auf.

Es handelt sich bei Samarium-Cobalt (SmCo) somit um einen überall einzusetzenden, aber hochpreisigen Werkstoff. Magnete aus Samarium-Cobalt-Legierungen finden dort Anwendung, wo sehr starke Magnetfelder unter extremen Temperaturbedingungen erforderlich sind.

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Bei Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) handelt es sich um einen Werkstoff, der aus dem Seltenerdmetall Neodym (Nd), Eisen (Fe) und Bor (B) besteht. Magnete aus Neodym-Eisen-Bor (Kurzform: Neodym) verfügen über die höchste Energiedichte aller Magnetwerkstoffe und kommen daher immer dann zum Einsatz, wenn höchste Kräfte auf kleinstem Raum gefordert sind.

Magnete aus Neodym können mit entsprechenden Bearbeitungsverfahren in vielen Fällen der gewünschten Geometrie angepasst werden, so dass auch kleine Stückzahlen wirtschaftlich realisierbar sind.

Im offenen Einsatz empfiehlt es sich, die Magnete mit metallischen oder nicht-metallischen Beschichtungen zu versehen, um Korrosion zu vermeiden und höhere Einsatztemperaturen bis 200 °C zu ermöglichen.

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Kunststoffgebundene Hartferrit-Magnete sind Verbundwerkstoffe, bei denen Dauermagnetpulver aus Hartferrit in thermoplastische Kunststoffe eingebettet wird. Mit diesem Material lassen sich im Spritzgießverfahren vielfältige, auch komplexe oder filigrane Formen mit unterschiedlichen magnetischen und mechanischen Werten kostengünstig herstellen. Auch die Integration mit Achsen, Wellen und Lagerbuchsen ist möglich. Ein weiterer Vorzug von kunststoffgebundenen Magneten ist die gute Beständigkeit gegen Korrosion und Zerbrechen. Die magnetischen Werte von gesinterten Magneten ohne Kunststoffbeimengungen können von kunststoffgebundenen Magneten natürlich nicht vollständig erreicht werden.

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Kunststoffgebundene Neodym-Eisen-Bor-Magnete (NdFeB-p) sind Verbundwerkstoffe, bei denen Dauermagnetpulver aus NdFeB in eine Kunststoffgrundmasse eingebettet wird. In Abhängigkeit vom Herstellungsverfahren unterscheidet man gespritzte und gepresste kunststoffgebundene Magnete.

Im Vergleich zu gesinterten Neodym-Magneten sind diese kunststoffgebundenen Magnete insbesondere für Hochpräzisionsteile geeignet. Auch die Integration mit Achsen, Wellen und Lagerbuchsen ist möglich.

Im Spritzgießverfahren lassen sich vielfältige, auch komplexe oder filigrane Magnetformen mit unterschiedlichen magnetischen und mechanischen Werten kostengünstig herstellen. Ein weiterer Vorzug von kunststoffgebundenen Magneten ist die gute Beständigkeit gegen Korrosion und Zerbrechen. Durch Spritzen im Magnetfeld können die höchsten magnetischen Werte in der Produktgruppe der gebundenen Magnete erzielt werden. Jedoch bleiben die Werte auf Grund des geringen Füllgrades mit Magnetpulver hinter denen von sintertechnisch hergestellten Magneten deutlich zurück.

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