Die Erfindung betrifft ein an einen Metallträger gebundenes dauermagnetisches
Bauteil auf Kunststoffbasis.
Dauermagnetische Bauteile können im Preß- und Sinterverfahren hergestellt
werden. Sie haben den Nachteil, sehr spröde zu sein und unterliegen Einschränkungen
hinsichtlich der Geometrie der Bauteile wegen der nötigen linearen Hubbewegungen
bei der Formgebung im Pressverfahren.
Die geometrische Gestaltungsfreiheit und die Bruchfestigkeit werden
erhöht, indem der magnetische Werkstoff in einen Kunststoff eingebunden wird. Kunststoffgebundene
Magnete besitzen eine hohe Maßhaltigkeit und darüber hinaus auch eine hohe Korrosionsfestigkeit.
Zusätzliche Vorteile entstehen dadurch, daß sich die Rohlinge mechanisch leicht
nachbearbeiten lassen. Die erreichbaren Feldstärken sind allerdings wegen des Kunststoffanteils
geringer als die von Sintermagneten.
Für Anwendungen in der Sensor- und Antriebstechnik werden die Magnete
mit einem Metallträger, z. B. einer Welle oder Achse, verbunden. Vorteilhaft können
sie hierbei durch direktes Umspritzen eines metallischen Trägers mit einem magnetischen
Kunststoff hergestellt werden. Als Kunststoffmatrix kommen zweckmäßig Thermoplaste
sowie thermoplastische Elastomere in Frage.
Insbesondere unter Medien- oder Bewitterungseinfluß kommt es wegen
verschieden hoher thermischer Ausdehnungkoeffizienten zu Problemen im Verbundbereich
von metallischem Träger und Magnet. Nach längerem Gebrauch bilden sich im Grenzbereich
zum Metallinsert kleine Risse im Kunststoffkörper, die zu mechanischen Beschädigungen
und gegebenenfalls zum Absprengen des gesamten Magneten führen können.
Gemäß der DE 198 40 914 A1
kann ein dauermagnetisches Bauteil dadurch erzeugt werden, dass ein kunststoffgebundener
Ringmagnet, der aus einem hartmagnetischen Kunststoff gebildet ist, mit einem metallischen
Grundkörper als Metallträger verbunden wird. Die Übertragbarkeit eines Drehmomentes
vom Grundkörper auf den Ringmagnet wird über eine Nutverbindung zwischen diesen
Bauteilen gewährleistet.
In der DE 17 64 012 A1
wird beschrieben, dass ein ringförmiger, hartmagnetischer Magnetkörper mit einer
als Metallträger dienenden Welle verbunden werden kann, indem in einen Ringspalt
zwischen diesen Bauteilen ein weichmagnetischer Kunststoff eingespritzt wird, der
eine mechanische Verbindung zwischen den beiden erstgenannten Bauteilen erzeugt.
Weiterhin ist es aus der DE
28 35 441 A1 bekannt, Segmente aus einem hartmagnetischen Stoff, wie z.
B. Kobalt-Seltenerd-Material, in eine Kunststoffmatrix einzugießen, wodurch ein
Magnetkörper entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für dauermagnetische
Bauteile der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem das Problem der Anbindung
an einen Metallträger sicher beherrscht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Danach wird die magnetisch wirksame Oberfläche des Bauteils von einer
Schicht aus hartmagnetischem Kunststoff gebildet. Unter dieser befindet sich erfindungsgemäß
eine Schicht aus weichmagnetischem Kunststoff, die mittels einer faserverstärkten,
bevorzugt unmagnetischen Kunststoffschicht an den Metallträger gebunden ist.
Der Schichtaufbau lässt sich vorteilhaft durch Mehrkomponentenspritzgießen
herstellen.
Für die äußere hartmagnetische Schicht, die aus einem magnetisch hochwertigen
Material bestehen kann, wird nur eine geringe Materialstärke benötigt. Durch die
Kombination mit einem weichmagnetischen, kostengünstigen Werkstoff mit ausreichend
großen Volumenanteilen lassen sich die magnetischen Eigenschaften des fertigen Bauteiles
in eine für die betreffende Anwendung geeignete Größenordnung bringen. Die Anpassung
der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des magnetischen Kunststoffes und des Metallträgers
erfolgt schließlich über eine dritte Komponente aus faserverstärktem Kunststoff
geringer Dicke.
Die innere weichmagnetische Schicht weist bereits eine geringere Sprödheit
auf als ein hartmagnetischer Kunststoff, der nach der bisher bekannten Verfahrensweise
direkt auf einen Metallträger gespritzt wurde. Zusätzlich werden eventuell durch
Temperaturbelastung während des Betriebes noch verbleibende Spannungen im Verbundbereich
zum metallischen Träger durch den faserverstärkten Kunststoff aufgenommen.
Ein so aufgebautes dauermagnetisches Bauteil erreicht nahezu die gleichen
magnetischen Eigenschaften wie ein Magnet aus dauermagnetischem Vollmaterial. Neben
der Beherrschung der thermischen Spannungen hat das Bauteil darüber hinaus den Vorteil,
einmal aufgrund des Materialaufbaus und zum anderen aufgrund der günstigen Fertigungsmöglichkeit
wesentlich kostengünstiger zu sein.
Zur Herstellung wird dauermagnetisches Pulver, z. B. Alnico oder NdFeB
für die hartmagnetische Schicht und Ferrit für die weichmagnetische Schicht, mittels
Kneter oder Extruder in eine Kunststoffmatrix eincompoundiert. Die Compounds werden
anschließend im Mehrkomponentenspritzgießverfahren zu Bauteilen mit der gewünschten
Geometrie verarbeitet. Gegebenenfalls erfolgt vor der Magnetisierung noch ein Sinterprozeß.
Die Magnete eignen sich für den Einsatz in der Sensortechnik, z. B.
als Geber in Verbindung mit Hall-Sensoren, sowie in der Antriebstechnik für elektrische
Kleinmotoren, Linearantriebe und Aktoren.
Ein Ausführungsbeispiel für einen Aufbau und eine Anwendung eines
erfin dungsgemäßen Magnetbauteils wird nachstehend anhand der zugehörigen Zeichnung
erläutert. Diese zeigt einen magnetischen Stellungsgeber, z. B. für die Erfassung
der Lenkradbewegung eines Automobils, in einer perspektivischen Darstellung.
Auf eine Welle 1 aus Stahl werden im Mehrkomponentenspritzgießverfahren
drei Schichten aufgebracht. Unmittelbar auf der Welle 1 befindet sich zunächst
eine dünne Schicht 2 aus glas faserverstärktem, unmagnetischen Kunststoff,
darüber eine weichmagnetische Schicht 3 mit entsprechend großem Volumen.
Eine magnetisch aktive Schicht 4 wird aus einem hartmagnetischen Kunststoff
mit hoher Koerzitivfeldstärke gebildet, der abschnittweise gegenpolig aufmagnetisiert
ist. Bei Drehung der Welle 1 werden in einem Magnetfeldsensor
5 Impulse erzeugt, die gezählt werden und so ein Abbild für die Stellung
der Welle 1 und das mit ihr verbundene Lenkrad liefern.
