Permanentmagnetisch erregte elektrische Maschinen
Für die Steigerung von Wirkungsgrad und Energieeffizienz gewinnen mit Permanent-magneten erregte elektrische Maschinen immer mehr an Bedeutung. Allerdings lassen sich die Eigenschaften nicht mehr ausschließlich mit klassischen analytischen Methoden berechnen bzw. simulieren. Der Einsatz von Softwaretools auf Basis der Finite Elemente Methode (FEM) ist daher sinnvoll. Denn so kann das Verhalten nichtliniearer Materialien, insbesondere bei komplizierten Blechschnitten und bei Sättigung, richtig ermittelt und bezüglich der gewünschten Maschineneigenschaften optimiert werden.
Die Simulation des magnetischen Feldes am Anfang eines Entwicklungsprozesses ist unumgänglich, um eine gute Auslegung des magnetischen Kreises sicherzustellen. In diesem Schritt werden neben einer idealen Auslastung der verwendeten Materialien auch wichtige Eigenschaften wie z.B. die induzierte Spannung in Abhängigkeit der Rotorposition ermittelt.
Hartferritmagnete werden aus Eisenoxid und Barium- bzw. Strontiumcarbonat hergestellt. Dazu werden die einzelnen Rohstoffe nach Rezeptur gemischt, granuliert und kalziniert (vorgesintert). Über verschiedene Zwischenphasen entsteht eine Hexaferritphase (BaFe12O19 bzw. SrFe12O19). Das vorgesinterte Granulat wird aufgemahlen und kann anschließend nass oder trocken im Magnetfeld (anisotrop) oder ohne Magnetfeld (isotrop) verpresst und gesintert werden. Als keramische Werkstoffe besitzen Hartferrite hinsichtlich Härte und Sprödigkeit die entsprechenden mechanischen Eigenschaften. Eine Bearbeitung ist z. B. durch Schleifen mittels Diamantscheiben möglich.
Ein typisches Datenblatt für einen Permanentmagnetwerkstoff enthält dessen wesentliche magnetische und mechanische Kenndaten.
Die magnetischen Kenndaten werden üblicherweise nach DIN EN 60404-5 gemessen.
Neben den magnetischen Werten enthält das Datenblatt noch die mechanische Eigenschaften wie die Dichte, Härte und Festigkeitswerte.
Keramischer Werkstoff
Press- und Sinterprozess in oxidierender Atmosphäre.
Die wesentlichen Bestandteile der Hartferritmagnete sind Eisenoxid und Barium- bzw. Strontiumcarbonat. Eisenoxid und die Erdalkalien Barium und Strontium sind in der Natur in ausreichenden Mengen vorhanden. Weiterhin entsteht Eisenoxid bei der industriellen Verarbeitung von Stahl.
Hartferritmagnete zeichnen sich besonders aus durch:
günstigen Rohstoff
sehr gute Korrosions- und chemische Beständigkeit
leichte Magnetisierbarkeit
Seltenerdmagnete bestehen hauptsächlich aus intermetallischen Verbindungen von Seltenerdmetallen (Samarium, Neodym) und Übergangsmetallen (z. B. Cobalt, Eisen). Im Unterschied zu Hartferritmagneten erfolgt das Mahlen, Pressen und Sintern unter Schutzgas-Atmosphäre. Die Magnete werden entweder im Ölbad (isostatisch) oder im Werkzeug (axial oder diametral) gepresst. Danach lassen sie sich z. B. durch Schleifen an Diamantscheiben weiterbearbeiten.
Wichtige Grundlegierungen für Seltenerdmagnete sind Samarium-Cobalt (SmCo) und Neodym-Eisen-Bor (NdFeB). Die Mikrostruktur von gesinterten NdFeB-Werkstoffen ist gekennzeichnet durch Nd2Fe14B-Körner als magnetische Hauptphase und intermetallische Korngrenzphase. Bei herkömmlichen NdFeB-Werkstoffen besteht die Korngrenzphase aus korrosionsanfälligem, freien Neodym. Bei unseren NdFeB-Werkstoffen wird dieses freie Neodym soweit wie möglich durch eine stabile intermetallische Phase ersetzt und korrosionsstabilisiert. Dadurch sinkt die Korrosionsanfälligkeit der Werkstoffe deutlich. NdFeB ist prinzipiell gegenüber den meisten Lösungsmitteln relativ stabil, auf Salze und Säuren reagiert es stark korrodierend. Wasserstoff versprödet den Werkstoff. Die korrosionsstabilisierten NdFeB-Magnete sind für viele Anwendungen ungeschützt einsetzbar.
Ein typisches Datenblatt für einen Permanentmagnetwerkstoff enthält dessen wesentliche magnetische und mechanische Kenndaten.
Die magnetischen Kenndaten werden üblicherweise nach DIN EN 60404-5 gemessen.
Neben den magnetischen Werten enthält das Datenblatt noch die mechanische Eigenschaften wie die Dichte, Härte und Festigkeitswerte.
Metallischer Werkstoff
Press- und Sinterprozess unter Schutzgas.
Die wesentlichen Bestandteile bei SmCo sind Samarium und Cobalt, bei NdFeB Neodym und Eisen. Die Seltenerdmetalle Samarium und Neodym sind in Form von Erzen reichlich vorhanden und sind im Periodensystem den seltenen Erden zugeordnet. Cobalt ist als natürlicher Rohstoff ebenfalls in ausreichenden Mengen vorhanden.
Neodym, Samarium und Cobalt werden in verschiedenen Gebieten der Erde abgebaut.
Seltenerdmagnete weisen eine sehr hohe Energiedichte auf und finden immer dann ihren Einsatz, wenn höchste Kräfte bzw. höchste magnetische Flussdichten auf kleinstem Raum gefordert sind. Durch die hohen Energiedichten ist eine Miniaturisierung z. B. im Bereich Sensortechnik oder eine Reduzierung der Baugruppengröße z. B. im Motorenbau möglich.
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