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Dokumentenidentifikation DE4228520C2 26.10.2000
Titel Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen kunststoffgebundenen Dauermagnetformteilen, wie zum Beispiel Schalenmagneten
Anmelder Vacuumschmelze GmbH, 63450 Hanau, DE
Erfinder Reppel, Georg Werner, Dipl.-Phys., 6451 Hammersbach, DE;
Zilg, Heinz-Dieter, 6450 Hanau, DE
Vertreter Patentanwälte Westphal, Mussgnug & Partner, 78048 Villingen-Schwenningen
DE-Anmeldedatum 27.08.1992
DE-Aktenzeichen 4228520
Offenlegungstag 03.03.1994
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse H01F 41/02
IPC-Nebenklasse H01F 7/02   B22F 3/04   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kunststoffgebundenen, insbesondere anisotropen Dauermagnetformteilen durch Pressen einer Mischung von Magnetpulver und Kunststoffbinder in einem Werkzeug.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der EP 284 033 A1 bekannt. Gemäß diesem Verfahren werden Pulver aus raschabgeschreckten Seltenerd-Eisen-Bor-Legierungen mit verschiedenen Bindemitteln gemischt. Durch Pressen der Mischung in einem ausrichtenden Magnetfeld wird das Dauermagnetformteil hergestellt. Auf diese Weise lassen sich jedoch nur relativ einfach geformte Dauermagnetteile herstellen. Bei der Herstellung von dünnwandigen Dauermagnetformteilen, wie z. B. Schalenmagneten mit großem Öffnungswinkel und geringer Magnetdicke kann dieses bekannte pulvermetallurgische Herstellungsverfahren jedoch nicht in befriedigender Weise eingesetzt werden. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Pressrichtung senkrecht zur Magnetdicke gewählt wird. Wird die Preßrichtung parallel zur Magnetlänge gewählt, bestehen Füllschwierigkeiten und das Verfahren ist daher unwirtschaftlich. In diesem Falle sind zudem nur kurze Magnetlängen herstellbar. Es wurde daher auch bereits vorgeschlagen, solche Magnetformteile im Spritzgußverfahren herzustellen. Aufgrund der niedrigen Packungsdichte des Magnetpulvers werden dort jedoch nur niedrige Remanenzwerte erreicht. Aus diesen Gründen werden daher häufig Schalenmagnete aus Einzelmagneten zusammengesetzt. Durch die erforderliche Bearbeitung und Montage der Einzelmagnete sind in diesem Fall jedoch die Herstellungskosten sehr hoch. Zudem fallen bei der Herstellung der vielen Einzelmagnete hohe Preßkosten an.

Aus der JP-OS 3-190 208 und dem zugehörigen Patents Abstracts of Japan E-1133, November 14, 1991, Vol. 15/No. 448 geht ein Verfahren zur Herstellung von kunststoffgebundenen Dauermagnetformteilen hervor. Bei diesem Verfahren wird eine Masse aus Harz und Magnetpulver in Anwesenheit eines Magnetfelds gepreßt und anschließend einem weiteren Preßvorgang ohne äußeres Magnetfeld unterzogen. Abschließend werden die Formteile zum Aushärten wärmebehandelt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß es sich ebenfalls nicht zur Herstellung von dünnwandigen Dauermagnetformteilen eignet.

Aus US 4 123 297 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger gekrümmter Dauermagnete auf der Basis einer seltenen Erde und Kobalt bekannt. Dieses Verfahren umfaßt zwei aufeinanderfolgende Preßvorgänge. Daran schließt sich ein Sintervorgang an, in dem die Preßkörper in die endgültige Gestalt gebracht werden.

Auch aus der DD 126 418 ist ein Verfahren zur Herstellung von pulvergesinterten Dauermagneten auf der Basis einer seltenen Erde und Kobalt bekannt, bei dem Magnetpulver zunächst in einem Formwerkzeug gepreßt und darin gesintert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das eingangs beschriebene pulvermetallurgische Verfahren zur Herstellung von kunststoffgebundenen Dauermagnetformteilen derart abzuwandeln, daß damit auch dünnwandige Dauermagnetformteile, wie z. B. Schalenmagnete mit großem Öffnungswinkel von beispielsweise mehr als 90° und geringer Magnetdicke von beispielsweise weniger als 3 mm hergestellt werden können. Die Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß das Pressen mehrstufig erfolgt und ein erstes Pressen in einem ersten Werkzeug bei Raumtemperatur und ein zweites Pressen zur weiteren Formgebung in einem zweiten Werkzeug bei einer erhöhten Temperatur, bei der der Preßkörper plastisch verformbar ist, beinhaltet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste und das zweite Pressen in gleicher Preßrichtung erfolgen. Zur Orientierung des Magnetpulvers wird das erste Pressen vorzugsweise in einem Magnetfeld vorgenommen. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es hierbei vorteilhaft, die Magnetfeldrichtung parallel zur Preßrichtung zu wählen. Durch das erste Pressen wird die Mischung aus Magnetpulver und Kunststoffbinder zu einem Quader oder ähnlichem kompaktiert. Dieser Preßschritt kann daher mit niedrigem Preßdruck durchgeführt werden.

Die weitere Formgebung des Dauermagnetformteils erfolgt dann mit dem zweiten Pressen, das vorteilhafter Weise in der gleichen Richtung wie das erste Pressen ausgeführt wird. Das zweite Pressen wird bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt, bei der der Preßkörper gut plastisch verformbar ist.

Zur Duchführung des zweiten Pressens können die Preßlinge beispielsweise außerhalb des Preßwerkzeuges erwärmt werden. Das zweite Pressen der erwärmten Preßlinge erfolgt hierbei im kalten Werkzeug. Es kann hierzu aber auch der kalte Preßling in ein erwärmtes Werkzeug eingesetzt werden. Durch das zweite Pressen bei erhöhter Temperatur sind porenfreie korrosionsbeständige Dauermagnetformteile herstellbar. Die optimale Temperatur für das zweite Pressen ist von der Art des verwendeten Kunststoffbinders abhängig. Die Temperatur muß bei diesem Preßschritt zumindest so hoch gewählt werden, daß die Plastizität des Preßlings die gewünschte Formgebung erlaubt.

Der Preßdruck wird bei dem zweiten Pressen zumeist höher sein als beim ersten Pressen. Sowohl das erste Pressen, als auch das zweite Pressen können jedoch auch aus mehreren Einzelpressungen bestehen.

Für das Verfahren werden vorzugsweise hochwertige Magnetpulver auf der Basis von Seltenerd-Eisen-Bor-Magnet- Legierungen verwendet. Die Art der Herstellung der Magnetlegierung und des Magnetpulvers ist dabei unerheblich. Neben diesen bevorzugten Magnetpulvern können jedoch auch andere bekannte Magnetpulver verwendet werden. Geeignete Kunststoffbinder (z. B. Thermoplaste oder Duroplaste) sind an sich bekannt und bilden nicht den Gegenstand dieser Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Aus einem NdFeB-Dauermagnetpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 200 µm und einem Polyamid-Kunststoffbinder im Gewichtsverhältnis 94 : 6 wird durch Mischen eine Masse hergestellt, die anschließend ohne Magnetfeld bei Raumtemperatur zu Quadern der Größe 20 × 20 × 3 mm gepreßt wird. Der Preßdruck beträgt hierbei p = 1 t/cm2. Anschließend wird der Preßling in 200°C heißem Gas für 15 min erwärmt. Der erwärmte Preßling wird unmittelbar danach in einem Schalenwerkzeug mit konvexem Unterstempel ohne Magnetfeld zu einem Schalenmagneten verpreßt. Der Preßdruck beim zweiten Pressen beträgt ebenfalls 1 t/cm2.

Beispiel 2

Aus einer anisotropen NeFeB-Dauermagnetlegierung in Pulverform mit einer mittleren Korngröße von 200 µm und einem Polyamid-Kunststoffbinder wird durch Kneten der Komponenten bei erhöhter Temperatur eine Masse hergestellt, die 90 Gewichtsteile Dauermagnetpulver und 10 Gewichtsteile Kunststoffbinder enthält. Die noch flüssige Masse wird in ein Pulsmagnetfeld von 30 kA/cm eingebracht und erstarrt zwischen den Polschuhen eines Magneten der Stärke 4 kA/cm. Aus der Masse werden anschließend Pellets gefertigt, die in einem ersten Pressen in einem Magnetfeld von 10 kA/cm zu Quadern verpreßt werden. Ein solcher Quader ist unter Angabe der Preßrichtung und der Magnetfeldrichtung in Fig. 1 dargestellt. Das zweite Pressen erfolgt in der gleichen Weise wie in Beispiel 1. In Fig. 2 ist das so erhaltene Dauermagnetformteil dargestellt. Zusätzlich sind die Preßrichtung p und der Öffnungswinkel α eingezeichnet. Das zweite Pressen erfolgt in der gleichen Preßrichtung wie das erste Pressen. Mit diesem Verfahren wurden anisotrope Schalenmagnete mit weitgehend radialer Vorzugsrichtung hergestellt. Die Magnete wiesen keine offene Porosität auf.

Beispiel 3

96 Gewichtsteile einer anisotropen NdFeB-Dauermagnetlegierung in Pulverform wird mit 4 Gewichtsteilen eines Phenolharzpulvers (SP 309 der Fa. Bakelite) gemischt. Aus dieser Masse werden Teile in einem orientierenden Magnetfeld von 11,5 kA/cm mit einem Preßdruck von 3 t/cm2 bei Raumtemperatur hergestellt. Das zweite Pressen der Teile erfolgt in einem auf 170°C erwärmten Werkzeug mit einem Druck von 6 t/cm2 ohne angelegtes Magnetfeld. Mit diesem Verfahren werden Magnete mit einer Remanenz von 0,70 T und einer Koerzitivfeldstärke von 10,0 kA/cm erhalten.

Mit dem offenbarten Verfahren ist es somit möglich, dünnwandige anisotrope Schalenmagnete mit hoher Remanenz, großer Magnetlänge und großen Öffnungswinkeln nunmehr einfacher und kostengünstiger bzw. mit verbesserten Eigenschaften herzustellen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von kunststoffgebundenen, insbesondere anisotropen Dauermagnetformteilen durch zweistufiges Pressen einer Mischung von Magnetpulver und Kunststoffbinder in einem Werkzeug, bei dem mindestens der erste Preßvorgang in einem Magnetfeld durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Pressen in einem ersten Werkzeug bei Raumtemperatur und das zweite Pressen zur weiteren Formgebung in einem zweiten Werkzeug bei einer erhöhten Temperatur, bei der der Preßkörper plastisch verformbar ist, erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Pressen in gleicher Preßrichtung erfolgen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, daß die Magnetfeldrichtung parallel zur Preßrichtung verläuft.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Pressen und/oder das zweite Pressen aus mehreren Einzelpressungen besteht.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetpulver auf der Basis von Seltenerd-Eisen-Bor-Magnetlegierungen verwendet wird.






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