NdFeB - MS-SCHRAMBERG Magnet

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NdFeB - MS-SCHRAMBERG Magnet

30

Kunststoffgebundene

Magnete

Historie

Entwicklung kunststoffgebundener, gespritzter

Hartferritmagnete: Ende der 50er Jahre

Einsatz: Anfang der 60er Jahre

Entwicklung kunststoffgebundener, gespritzter

NdFeB-Magnete: Mitte der 80er Jahre

Einsatz: Ende der 80er Jahre

Produktionsbeginn bei Magnetfabrik Schramberg

1985

Compound-Aufbereitung

Die kunststoffgebundenen, gespritzten Magnete

bestehen aus den Komponenten Magnetpulver (siehe

Hartferrit-/Seltenerdmagnete) und thermoplastische

Kunststoffe (Matrixmaterial PA 6, PA 11, PA 12,

PPS). Kunststoffgranulat und das Magnetpulver werden

im Heißkneter oder Doppelschneckenextruder

compoundiert und anschließend granuliert.

Werkstoffart

Verbundwerkstoff

Herstellungsverfahren

Spritzgießprozess

Wann eingesetzt bzw. prägnante Eigenschaften

Bei der Herstellung von kunststoffgebundenen,

gespritzten Magneten hat man ähnliche Gestaltungsmöglichkeiten

wie bei der Herstellung von

technischen Kunststoffteilen. Eine zusätzliche

mechanische Bearbeitung der gespritzten Teile ist

im Normalfall nicht notwendig.


32 Kunststoffgebundene Magnete

Der Weg vom Rohstoff

zum Magneten

Warenausgangskontrolle

In immer mehr Produkten kommen kunststoffgebundene

Magnete zum Einsatz. Bei ihrer Fertigung

bettet man Hartferrit- oder Seltenerdmagnetpulver

in Kunststoffen ein. Dazu werden die Magnetpulver

zunächst auf speziellen Anlagen mit dem Kunststoff

vermischt, damit sie sich anschließend pressen oder

auf modifizierten Spritzgussmaschinen verarbeiten

lassen. Bei diesen Verfahren werden sehr enge Toleranzen

erreicht, so dass eine Nachbearbeitung normalerweise

nicht erforderlich ist.

Magnetpulver

Kunststoff

Magnetisieren, Markieren, Beschichten

nach Kundenwunsch


Rohstoffeingangsprüfung

Mischen

Compoundieren

Kunststoffgebundene Magnete 33

Spritzgießen ohne Magnetfeld

Spritzgießen mit Magnetfeld

Pressen ohne Magnetfeld


34 Kunststoffgebundene Magnete

Remanenz B r [mT] (Mittelwerte)

800

700

600

500

400

300

200

Magnetische Kenndaten im Vergleich

HF 16/19 p

HF 14/19 p

HF 9/19 p

HF 3/18 p

HF 14/23 p

HF 12/22 p

NdFeB 72/70 pw

NdFeB 65/64 pw

NdFeB 42/60 p

NdFeB 37/60 p

NdFeB 55/100 pw

NdFeB 40/100 p

NdFeB 35/100 p

Sm2Co17 45/100 p

Sm2Co17 18/100 p

100

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800

Koerzitivfeldstärke H cJ [kA/m] (Mittelwerte)

Bei kunststoffgebundenen Magneten unterscheidet man, abgeleitet vom Herstellungsverfahren, zwei Hauptgruppen.

Gepresste Magnete (pw): • Isotrope NdFeB-Magnete

Gespritzte Magnete (p): • Isotrope Hartferritmagnete

• Anisotrope Hartferritmagnete

• Isotrope NdFeB-Magnete

• Isotrope SmCo-Magnete

• Anisotrope SmCo-Magnete


Herstellung von kunststoffgebundenen, gepressten

NdFeB-Magneten

Kunststoffgebundene NdFeB-Magnete werden axial in Werkzeugen

gepresst. Als Kunststoff wird Epoxydharz verwendet. Durch den sehr

hohen Füllgrad (97 % NdFeB-Pulver) lassen sich dabei gegenüber

kunststoffgebundenen, gespritzten Magneten deutlich höhere magnetische

Werte erzielen. Die Werkzeuge sind gegenüber Werkzeugen

gespritzter Magnete einfacher und preisgünstiger.

Kunststoffgebundene Magnete 35

Wissenswertes

Formgebungsmöglichkeiten bei kunststoffgebundenen,

gepressten NdFeB-Magneten

Im Unterschied zu gesinterten Magneten sind bei kunststoffgebundenen,

gepressten Magneten bereits wesentlich filigranere Geometrien

herstellbar. So können z. B. dünnwandige Ringe mit Ø 20 x Ø 17

x 5 mm und Durchmesser-Toleranzen von lediglich ca. ±0,1 mm gefertigt

werden. In der Regel ist danach keine mechanische Bearbeitung

mehr erforderlich. Bei besonders hohen Anforderungen können die

Magnete allerdings auch auf engere Toleranzen geschliffen werden.


36 Kunststoffgebundene Magnete

Wissenswertes

Herstellung von kunststoffgebundenen, gespritzten Magneten

Gespritzte Magnete sind typische Verbundwerkstoffe, die durch Einbettung

von Hartferrit- oder Seltenerdmagnetpulver in thermoplastischen

Kunststoffen (Matrixmaterial PA 6, PA 11, PA 12, PPS) entstehen.

Dabei bestimmen die Mengenanteile des Magnetpulvers die

magnetischen und mechanischen Eigenschaften.

Im Fertigungsprozess stellt man zunächst das Magnetcompound her.

Dazu werden das Kunststoffgranulat und das Magnetpulver im Heißkneter

oder Doppelschneckenextruder gemischt und anschließend

extrudiert sowie granuliert. Als nächster Schritt folgt die Verarbeitung

des Compounds auf modifizierten Spritzgussmaschinen.

Beim Spritzgießen von anisotropen Magneten wird während des Einspritzens

zusätzlich ein Magnetfeld in axialer, radialer, diametraler

oder multipolarer Richtung angelegt und die Vorzugsrichtung des

Magnetwerkstoffes parallel zur vorgegebenen Orientierung erzeugt.

Bei kunststoffgebundenen, gespritzten Magneten ist in der Regel keine

mechanische Bearbeitung des fertigen Spritzteils mehr erforderlich.

Formgebungsmöglichkeiten bei kunststoffgebundenen, gespritzten

Magneten

Einer der wesentlichen Vorzüge kunststoffgebundener, gespritzter

Magnete ist die enorme Formgebungsvielfalt, die das Spritzgussverfahren

eröffnet, denn im Prinzip sind ähnliche Geometrien wie beim

Herstellen von technischen Kunststoffteilen realisierbar. Darüber

hinaus macht der hohe Füllgrad (50 - 70 Vol.-%) und der damit verbundene

geringe Schwund sehr enge Toleranzen im Vergleich mit

normalen Kunststoffteilen möglich.


Hybridmaterialien

Bei gespritzten NdFeB-Magneten liegt die Remanenz zwischen 470

und 550 mT, bei gespritzten Hartferritmagneten zwischen 140 und

295 mT. Der Bereich zwischen 295 und 470 mT lässt sich durch

Mischen von Neodym- und Hartferritpulver abdecken. Durch die Einsparung

von NdFeB-Pulver kann dies eine wirtschaftliche Variante

bei hohem Magnetvolumen und großen Stückzahlen sein.

Matrixmaterial

Als Kunststoffmatrix in gespritzten Magneten finden hauptsächlich

Polyamide (PA 6, PA 11, PA 12) Verwendung, mit denen maximale Dauergebrauchstemperaturen

zwischen ca. 120 °C für PA 11, PA 12 und ca.

130 °C für PA 6 erreicht werden. Für höhere Dauergebrauchstemperaturen

bis 200 °C steht mit Polyphenylensulfid (PPS) als Trägermaterial

ein hochtemperaturbeständiger Werkstoff zur Verfügung. Bei in Werkzeug

gepressten NdFeB-Magneten kommen Epoxydharze zum Einsatz.

Mechanische Eigenschaften

Kunststoffgebundene Magnete sind gegenüber gesinterten Magneten

deutlich elastischer, erreichen aufgrund der hohen Füllgrade

jedoch nicht die mechanischen Eigenschaften technischer Kunststoffe.

So ist es z. B. möglich, Verzahnungen direkt aus kunststoffgebundenem

Magnetmaterial zu spritzen. Allerdings können solche

Verzahnungen nur bei geringen Belastungen angewendet werden,

da die Gleiteigenschaften in der Verzahnung im Vergleich zu ungefüllten

Kunststoffen deutlich ungünstiger sind.

Magnetische Kenndaten

Angelehnt an die DIN IEC 60404-8-1 sind die magnetischen Kenndaten

auf den Seiten 38 - 43 in Diagramm- und Tabellenform zusammengefasst.

Die bei kunststoffgebundenen Magneten möglichen

maximalen Einsatztemperaturen variieren, abhängig von Magnetmaterial

und Matrixmaterial, zwischen + 120 °C und + 200 °C.

Alle angegebenen Werte wurden an Standardproben gemäß IEC

60404-5 ermittelt. Bei ungünstigen Geometrien, besonders bei dünnen

Wandstärken oder engen Polteilungen, können durch zu schnelle

Erstarrungsvorgänge oder zu geringe Ausrichtfeldstärken Abweichungen

von den Werkstoffdaten auftreten.

Kunststoffgebundene Magnete 37

Wissenswertes

Temperaturverhalten

Abhängig vom verwendeten Magnetmaterial bewirken Temperatureinflüsse

auch bei kunststoffgebundenen Magneten ein verändertes

magnetisches Verhalten (siehe Temperaturverhalten bei Hartferrit-

und Seltenerdmagneten).

Chemische Eigenschaften/Korrosionsbeständigkeit

Die chemische Beständigkeit kunststoffgebundener Magnete wird,

wie allgemein bei Verbundwerkstoffen, sowohl von der Kunststoffmatrix

als auch vom magnetischen Füllstoff bestimmt. Durch den

hohen das Magnetmaterial umgebenden Kunststoffanteil (ca. 30 -

50 Vol.-%) werden die Magnetpartikel gespritzter Magnete zusätzlich

geschützt. Eventuell auftretende Oberflächenkorrosion dringt

nur in sehr geringem Ausmaß in den Magnetkörper ein.

Gepresste Magnete weisen einen Kunststoffanteil von ca. 10 - 20 Vol.-%

auf und können, im Gegensatz zu kunststoffgebundenen, gespritzten

Magneten, nicht als dichte Körper hergestellt werden. Zwar überzieht

das Harz die magnetischen Partikel, doch bei korrosiven Bedingungen

bieten sie mehr Angriffsfläche als gespritzte Magnete.

Für gespritzte Hartferrit- und Samarium-Cobalt-Magnete wird derselbe

Ausgangswerkstoff verwendet wie für entsprechend gesinterte

Magnete. Die Korrosionsbeständigkeit ist somit vergleichbar.

Allerdings sollte man hierbei beachten, dass unter aggressiven Umgebungsbedingungen

auch das Matrixmaterial angegriffen werden

kann.

Bei kunststoffgebundenen NdFeB-Magneten kommt ein spezielles

Magnetpulver zum Einsatz, wodurch das korrosionsempfindliche,

freie Neodym nur in geringen Anteilen auftritt. Der metallische Anteil

der Magnete ist somit deutlich korrosionsbeständiger als der vergleichbare

gesinterte Werkstoff.

Ob kunststoffgebunden gepresst oder gespritzt, in den allermeisten

Fällen sind die Magnete ungeschützt einsetzbar. Bei kritischen Anwendungen

lässt sich die chemische Eigenschaft bzw. Korrosionsbeständigkeit

durch eine Kunststoffbeschichtung zusätzlich verbessern.

>> Hinweis: Alle Werkstoffdaten beziehen sich auf eine Magnetgröße von ca. 20 mm

Durchmesser und 8 mm Höhe sowie ein ausreichend großes Ausricht-Magnetfeld. Bei

abweichenden Geometrien, vor allem bei dünnen Wandstärken und kleinen Aus-

richtfeldern, ergeben sich geringere magnetische Eigenschaften.


38 Kunststoffgebundene Magnete

NdFeB

Werkstoffdaten

Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-1

Energieprodukt

(B·H) max.

Remanenz

B r

Revers. Temp.-

Koeff. von B r

Koerzitivfeldstärke

Hc Revers. Temp.-

Koeff. von HcJ Relative permanentePermeabilität

µ rec.

Curie-

Temperatur

Max. BetriebstemperaturMagnetisierungsfeldstärke

Dichte

typ. kJ/m 3

min. kJ/m 3

typ. mT

min. mT

ca. 1) %/K

HcB typ. kA/m

HcB min. kA/m

HcJ typ. kA/m

HcJ min. kA/m

ca. %/K

ca.

ca. °C

ca. °C

min. kA/m

ca. g/cm 3

1) Im Temperaturbereich von 20 °C bis 100 °C.

55/100 pw

isotrop, gepresst

65/64 pw

isotrop, gepresst

72/70 pw

isotrop, gepresst

65 72 80

55 65 72

620 650 700

580 610 660

-0,12 -0,10 -0,10

400 420 470

380 360 440

1100 740 770

1000 640 700

-0,4 -0,4 -0,4

1,15 1,15 1,2

310 310 310

130 120 130

>3200 >2800 >2800

6 6 6

NdFeB 55/100 pw

NdFeB 65/64 pw

NdFeB 72/70 pw

-40 °C 20 °C 100 °C

-40 °C 20 °C 100 °C

-40 °C 20 °C 100 °C


-40 °C 20 °C 100 °C 150 °C

-40 °C 20 °C 100 °C 150 °C

Sm2Co17 18/100 p

Sm2Co17 45/100 p

18/100 p

isotrop, gespritzt

Kunststoffgebundene Magnete 39

Werkstoffdaten

45/100 p

anisotrop, gespritzt

20 54

18 45

340 540

320 520

-0,032 -0,032

240 390

210 350

1400 1300

1000 1000

-0,19 -0,19

1,2 1,1

720 720

130 130

>4500 >4500

6 6

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Sm2Co17

Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-1

kJ/m 3 typ.

kJ/m 3 min.

mT typ.

mT min.

%/K ca.

kA/m HcB typ.

kA/m HcB min.

kA/m HcJ typ.

kA/m HcJ min.

%/K ca.

ca.

°C ca.

°C ca.

kA/m min.

g/cm 3 ca.

Energieprodukt

(B·H) max.

Remanenz

B r

Revers. Temp.-

Koeff. von B r

Koerzitivfeldstärke

H c

Revers. Temp.-

Koeff. von HcJ Relative permanentePermeabilität

µ rec.

Curie-

Temperatur

Max. BetriebstemperaturMagnetisierungsfeldstärke

Dichte


40 Kunststoffgebundene Magnete

Hartferrit

Werkstoffdaten

Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-1

Energieprodukt

(B·H) max.

Remanenz

B r

Revers. Temp.-

Koeff. von B r

Koerzitivfeldstärke

Hc Revers. Temp.-

Koeff. von HcJ Relative permanentePermeabilität

µ rec.

Curie-

Temperatur

Max. Betriebstemperatur

Dichte

typ. kJ/m 3

min. kJ/m 3

typ. mT

min. mT

ca. %/K

HcB typ. kA/m

HcB min. kA/m

HcJ typ. kA/m

HcJ min. kA/m

ca. %/K

ca.

ca. °C

ca. °C

ca. g/cm 3

1) Auf Anforderung auch bis 200 °C möglich.

HF 3/18 p

isotrop, gespritzt

HF 9/19 p

anisotrop, gespritzt

HF 12/22 p

anisotrop, gespritzt

3,5 9,2 13,0

3,0 9,0 12,0

140 220 255

135 215 250

-0,19 -0,19 -0,19

90 150 180

85 145 170

180 200 240

175 190 220

+0,3 +0,3 +0,3

1,05 1,05 1,05

450 450 450

130 1) 130 1) 130 1)

3,3 3,3 3,4

HF 3/18 p

HF 9/19 p

HF 12/22 p

100 °C

100 °C

20 °C

100 °C

20 °C

-40 °C

20 °C

-40 °C

-40 °C


100 °C

100 °C

100 °C

20 °C

20 °C

20 °C

-40 °C

-40 °C

-40 °C

HF 14/19 p

HF 14/23 p

HF 16/19 p

HF 14/19 p

anisotrop, gespritzt

HF 14/23 p

anisotrop, gespritzt

Kunststoffgebundene Magnete 41

Werkstoffdaten

HF 16/19 p

anisotrop, gespritzt

16,0 16,0 17,0

14,0 14,0 16,0

285 285 295

270 270 285

-0,19 -0,19 -0,19

190 200 190

170 180 180

220 250 200

190 230 190

+0,3 +0,3 +0,3

1,05 1,05 1,05

450 450 450

130 130 130

3,6 3,6 3,7

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Hartferrit

Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-1

kJ/m 3 typ.

kJ/m 3 min.

mT typ.

mT min.

%/K ca.

kA/m HcB typ.

kA/m HcB min.

kA/m HcJ typ.

kA/m HcJ min.

%/K ca.

ca.

°C ca.

°C ca.

g/cm 3 ca.

Energieprodukt

(B·H) max.

Remanenz

B r

Revers. Temp.-

Koeff. von B r

Koerzitivfeldstärke

H c

Revers. Temp.-

Koeff. von HcJ Relative permanentePermeabilität

µ rec.

Curie-

Temperatur

Max. Betriebstemperatur

Dichte


42 Kunststoffgebundene Magnete

NdFeB

Werkstoffdaten

Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-1

Energieprodukt

(B·H) max.

Remanenz

B r

Revers. Temp.-

Koeff. von B r

Koerzitivfeldstärke

Hc Revers. Temp.-

Koeff. von HcJ Relative permanentePermeabilität

µ rec.

Curie-

Temperatur

Max. BetriebstemperaturMagnetisierungsfeldstärke

Dichte

typ. kJ/m 3

min. kJ/m 3

typ. mT

min. mT

ca. %/K

HcB typ. kA/m

HcB min. kA/m

HcJ typ. kA/m

HcJ min. kA/m

ca. %/K

ca.

ca. °C

ca. °C

min. kA/m

ca. g/cm 3

35/100 p

isotrop, gespritzt

40/100 p

isotrop, gespritzt

37 41

35 40

470 500

450 490

-0,11 -0,11

330 340

300 320

1100 1100

1000 1000

-0,4 -0,4

1,15 1,15

310 310

130 130

>3200 >3200

4,8 5

NdFeB 35/100 p

NdFeB 40/100 p

-40 °C 20 °C 100 °C

-40 °C 20 °C 100 °C


-40 °C 20 °C 100 °C

-40 °C 20 °C 100 °C

NdFeB 37/60 p

NdFeB 42/60 p

37/60 p

isotrop, gespritzt

Kunststoffgebundene Magnete 43

Werkstoffdaten

42/60 p

isotrop, gespritzt

40 43

37 42

500 530

480 520

-0,09 -0,09

330 340

300 310

700 700

600 600

-0,4 -0,4

1,15 1,15

310 310

120 120

>2800 >2800

5 5

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NdFeB

Magnetische Werte nach DIN IEC 60404-8-1

kJ/m 3 typ.

kJ/m 3 min.

mT typ.

mT min.

%/K ca.

kA/m HcB typ.

kA/m HcB min.

kA/m HcJ typ.

kA/m HcJ min.

%/K ca.

ca.

°C ca.

°C ca.

kA/m min.

g/cm 3 ca.

Energieprodukt

(B·H) max.

Remanenz

B r

Revers. Temp.-

Koeff. von B r

Koerzitivfeldstärke

H c

Revers. Temp.-

Koeff. von HcJ Relative permanentePermeabilität

µ rec.

Curie-

Temperatur

Max. BetriebstemperaturMagnetisierungsfeldstärke

Dichte

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