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DE2231591A1 - Dauermagnet fuer magnetische lager, vorzugsweise fuer elektrizitaetszaehler - Google Patents

Dauermagnet fuer magnetische lager, vorzugsweise fuer elektrizitaetszaehler

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DE2231591A1
DE2231591A1 DE2231591A DE2231591A DE2231591A1 DE 2231591 A1 DE2231591 A1 DE 2231591A1 DE 2231591 A DE2231591 A DE 2231591A DE 2231591 A DE2231591 A DE 2231591A DE 2231591 A1 DE2231591 A1 DE 2231591A1
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Max Baermann
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Description

MAX BAERMANN 506bensberg bezirk Köln 26.Juni 1972
TELEFON (02204) 3051 TELEX 8878430
Scha/Lg 243/72
Dauermagnet für magnetische Lager, vorzugsweise für Elektrizitätszähler
Die Erfindung bezieht sich auf einen Dauermagneten für magnetische Lager, vorzugsweise für Elektrizitätszähler, der aus verschiedenen Komponenten von zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff und einem Bindemittel besteht.
Es ist bereits bekannt, Dauermagnete herzustellen, die aus zwei verschiedenen dauermagnetischen Werkstoffen und .einem Bindemittel bestehen, beispielsweise aus Phenol-Formaldehydharzen und zwei Eisen-Nickel-Aluminium-Kobalt-Legierungen, von denen die eine eine höhere Remanenz und die andere eine niedrigere.' Remanenz hat. Dabei wurde es als erforderlich angesehen, daß die Koerzitivfeidstärken der beiden Legierungen sich um nicht mehr als 20 $ unterscheiden. Bei den so hergestellten Magneten wurde eine wesentliche Verbesserung der magnetischen Eigenschaften nicht erreicht.
Es ist auch bereits bekannt geworden, kunststoffgebundene Dauermagnete herzustellen, bei welchen die Mischung aus einem zerkleinerten Dauermagnetwerkstoff nach Art der Eisen-Nickel-Aluminium-Kobalt-Legierungen und aus einem Dauermagnetwerkstoff nach Art des Bariumferrit zusammengesetzt ist.
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Durch diese Mischung der beiden Magnetwerkstoffe mit unterschiedlichen magnetischen Werten hinsichtlich ihrer Remanenz und Koerzitivfeidstärke hatte man sich eine Addition erhofft, die weit über die der Einzelwerkstoffe hinausgeht. In Wirklichkeit stellt sich jedoch nur ein Mittelwert des Energieproduktes ein, der bei 0,66 χ 10 Gauß Oersted liegt, während bei dem gepreßten Alnico-Magneten das Energieprodukt bei 0,68 χ 10 Gauß Oersted und das Energieprodukt des gepreßten Bariumferritmagneten bei 0,52 χ 10 Gauß Oersted liegt. Zwar wird die Remanenz des gepreßten Magneten aus der Mischung von Alnico und Bariumferrit gegenüber dem reinen gepreßten Bariumferritmagneten um etwa 1^00 Gauß erhöht, dafür jedoch die Koerzitivfeidstärke gegenüber dem reinen Bariumferritmagneten um etwa 500 Oersted erniedrigt. Dieser beachtliche Verlust an Koerzitivfeidstärke macht den Magneten besonders anfällig gegen entmagnetisierende Einflüsse und TemperatürSchwankungen, da Bariumferrit einen hohen Temperaturfehler aufweist. Seine Induktion verändert sich um ca. 2% pro 10 C Temperaturänderung. Aufgrund dieser Nachteile ist der gepreßte Magnet aus einer innigen Mischung von Alnico und Bariumferrit nur für wenige Anwendungszwecke geeignet und hat sich in der Praxis nicht durchgesetzt.
Bei magnetischen Lagern ist es von besonderer Bedeutung, daß die sich gegenüberstehenden Oberflächen der Dauermagnete eine homogene Magnetisierung aufweisen, die sich nicht verändert. Außerdem darf sich die Induktion der Magnete für magnetische Lagerungen nicht bei TemperaturSchwankungen ändern, weil durch diese Änderung
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der Induktion eine Veränderung der Luftspaltbreite eintritt, die zu Störungen Anlaß gibt. Durch eine axiale Verschiebung des rotierenden Teils ist ein berührungsfreier Lauf zwischen den antreibenden und angetriebenen Teilen nicht mehr gewährleistet. Deshalb werden üblicherweise derartige Dauermagnete aus einem Magnetmaterial hergestellt, welches einen sehr kleinen Temperaturfehler aufweist. Solche Magnetmaterialien auf der Basis von Eisen, Aluminium, Nickel und Kobalt, mit denen sich sehr gute Tragkräfte erzielen lassen,, sind jedoch anfällig gegen entmagnetisierende Einflüsse, wie sie z.B. bei Berührung mit ferromagnetischen oder dauermagnetischen Teilen auftreten. Besonders beim Zusammenbzw. Einbau der Dauermagnete des magnetischen Lagers in den Elektrizitätszähler kommen derartige Berührungen leicht vor. Durch diese Berührung tritt eine magnetische Unsymmetrie bzw. Inhomogenität der Magnetisierung auf, die den Gleichlauf beeinflußt und zu Haltepunkten führt, die das Meßergebnis verfälschen oder einen Anlauf des Zählers bei geringer Belastung verhindern.
Trotz sorgfältiger Montage läßt sich eine Berührung der homogen magnetisierten Polflächen der Dauermagnete nicht immer vermeiden.
Man hat deshalb Lagermagnete auch bereits aus Dauermagnetwerkstoffen hergestellt, die gegen derartige entmagnetisierende Einflüsse stabiler sind. Diese Dauermagnetwerkstoffe besitzen jedoch einen sehr großen Temperaturfehler, d.h. sie weisen einen stark negativen Koeffizienten der Induktion auf. Um derartigeDauermagnetwerkstoffe für magnetische Lagerungen verwenden zu können, müssen die
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Dauermagnete mit einem sogenannten Temperaturkompensationsmaterial versehen werden, welches im Nebenschluß zum Nutzfeld liegt und bei Temperaturzunahme seinen magnetischen Widerstand in dem Maße erhöht, in dem die Induktion des Magneten abnimmt. Abgesehen davon, daß durch das als Nebenschluß wirkende Temperaturkompensationsmaterial ein Teil des zur Verfügung stehenden nutzbaren Flusses kurzgeschlossen wird, kann das Temperaturkompensations- - material, welches in den meisten Fällen aus einer Legierung von Eisen mit ca. 30 % Nickel besteht, nicht mit stets gleichbleibenden Werten hergestellt werden. Eine exakte Temperaturkompensation läßt sich daher nicht durchführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Dauermagneten für ein magnetisches Lager zu schaffen, der gegen entmagnetisierende Einflüsse, wie z.B. Fremdfelder oder Berührung durch ferromagnetische oder permanentmagnetische Teile, sowie gegen Temperaturechwankungen eine besonders gute Stabilität aufweist und trotzdem mit relativ geringen Kosten bei guten magnetischen Werten und hohen Tragkräften herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Dauermagneten für ein magnetisches Lager aus verschiedenen Komponenten von zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff und einem Bindemittel dadurch gelöst, daß die eine Komponente eine sehr hohe Koerzitivfeidstärke von
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mehr als 16OO Oersted und eine Permeabilität von nahezu 1 aufweist und in wenigstens einer dünnen Schicht auf der anderen Komponente mit größerer Schichtdicke, die eine geringere Koerzitivfeidstärke als die erste Komponente und einen sehr kleinen Temperaturfehler besitzt, angeordnet ist.
Im Gegensatz zu den bekannten Dauermagneten für andere Anwendungszwecke aus verschiedenen·Komponenten von zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff und Bindemittel besteht der Dauermagnet nach der vorliegenden Erfindung nicht aus einer innigen Mischung der beiden Komponenten, sondern die eine Komponente mit sehr hoher Koerzitivfeidstärke bildet nur eine dünne Schicht auf der anderen Komponente.
Durch diese Ausbildung wurde in überraschender Weise festgestellt, daß die magnetischen Eigenschaften der zweiten Komponente mit wesentlich größerem Anteil an Magnetwerkstoff nicht nachteilig durch die andere Komponente sehr hoher Koerzitivfeidstärke und geringer Schichtdicke beeinflußt, sondern vielmehr durch diese Komponente gegen entmagnetisierende Einflüsse geschützt werden. Aus diesem Grunde kann man für die Komponente, welche die dünnere Schicht bildet, auch Dauermagnetwerkstoffe verwenden, die einen verhältnismäßig hohen Temperaturfehler aufweisen. Dieser hohe Temperaturfehler macht sich aufgrund der geringen Dicke der Schicht nur so wenig bemerkbar, daß er für die vorliegenden Verhältnisse vernachlässigt werden kann, so daß keine Temperaturkompensationematerialien erforderlich sind.
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Darüber hinaus ergibt sich ein weiterer Vorteil, der darin besteht, daß man einen relativ teueren Dauermagnetwerkstoff, wie z.B. Dauermagnetlegierungen der Seltenen Erden mit Kobalt, verwenden kann, der eine extrem hohe Koerzitivfeidstärke aufweist, weil der Anteil an diesem Werkstoff sehr gering ist.
Die Schicht der Komponente aus Dauermagnetwerkstoff mit geringerer Koerzitivfeidstärke soll wenigstens drei mal so dick wie die Schicht der anderen Komponente aus Dauermagnetwerkstoff mit sehr hoher Koerzitivfeidstärke sein.
Bei dem Dauermagneten nach der vorliegenden Erfindung soll die Komponente aus Dauermagnetwerkstoff sehr hoher Koerzitivfeidstärke diejenige Oberfläche des Dauermagneten bilden, die dem Arbeitsluftspalt zugekehrt ist. Man kann selbstverständlich zusätzlich auch die gegenüberliegende Fläche des Dauermagneten mit einer dünnen Schicht aus Dauermagnetwerkstoff sehr hoher Koerzitivfeidstärke versehen.
Als Dauermagnetwerkstoff für die eine Komponente mit sehr hoher Koerzitivfeidstärke können z.B. isotropes oder anisotropes Barium-, Strontium- oder Bleiferrit, Dauermagnetlegierungen aus Seltenen Erden und Kobalt, Wismut-Mangan, Mangan-Aluminium und dgl. Verwendung finden, während die andere Komponente, welche die dickere Schicht bildet, z.B. aus einer isotropen oder anisotropen Legierung von Eisen mit mehreren der Metalle Aluminium, Nickel, Kobalt, Titan, Kupfer und dgl. besteht.
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Die dünnere Schicht der einen Komponente ist mit der dickeren Schicht der anderen Komponente z.B. durch Pressen, Spritzpressen, Gießen oder einem ähnlichen Verfahren zu einem homogenen Körper miteinander verbunden. Hierbei werden die Dauermagnetwerkstoffe der beiden Komponenten zerkleinert, separat mit einem thermo- oder duroplastischen Kunststoffbindemittel gemischt und diese Mischungen in der gewünschten Reihenfolge übereinander geschichtet und alsdann zu einem festen Körper, vorzugsweise unter dem Einfluß eines magnetischen Richtfeldes, geformt und verfestigt. Anschließend wird der so hergestellte Magnet in der gewünschten Weise magnetisiert.
Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
In Fig. 1 ist ein ringscheibenförmiger Magnet 1 dargestellt, der eine Bohrung 2 besitzt, wie er üblicherweise für magnetische Lagerungen verwendet wird. Die dünne Schicht 3 aus zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff sehr hoher Koerzitivfeidstärke ist auf der dicken Schicht k aus zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff angeordnet. Die Magnetpulverteilchen sehr hoher Koerzitivfeidstärke sind durch Punkte und die Magnetpulverteilchen mit geringerer Koerzitivf eidstärke durch Kreuze dargestellt. Die beiden Komponenten sind in einem Kunststoffbindemittel fein verteilt und bilden einen homogenen Körper. Der Magnet ist bogenförmig magnetisiert, wie in gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Pole sind durch, die Buchstaben N und S gekennzeichnet.
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Fig. 2 zeigt zwei übereinander angeordnete Lagermagnete, von denen der Lagermagnet 1a an einem nicht dargestellten Gehäuse oder Gestell des Zählers und der Lagermagnet 1b an der ebenfalls nicht dargestellten Läuferwelle befestigt ist. Durch die abstoßenden Kräfte der sich mit gleichnamigen Polen gegenüberstehenden Magnete wird der Magnet 1b mit dem Rotor im Schwebezustand gehalten* Zwischen den beiden Magneten befindet sich der Arbeitsluftspalt 5· Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die beiden Schichten 3 aus Dauermagnetwerkstoff sehr hoher Koerzitivfeidstärke eines jeden Magneten dem Arbeitsluftspalt 5 zugekehrt.
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Claims (5)

Patentansprüche
1)j Dauermagnet für magnetische Lager, vorzugsweise für Elektrizitätszähler, der aus verschiedenen Komponenten von zerkleinertem Dauermagnetwerkstoff und einem Bindemittel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Komponente eine sehr hohe Koerzitivfeidstärke von mehr als 1600 Oersted und eine Permeabilität von nahezu 1 aufweist und in wenigstens einer dünnen'' Schicht auf der anderen Komponente mit größerer Schichtdicke, die eine geringere Koerzitivfeidstärke als die erste Komponente und einen sehr kleinen Temperaturfehler besitzt, angeordnet ist.
2) Dauermagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht der Komponente aus Dauermagnetwerkstoff mit geringerer Koerzitivfeidstärke wenigstens drei mal so dick wie die Schicht der anderen Komponente aus Dauermagnetwerkstoff mit sehr hoher Koerzitivfeidstärke ist.
3) Dauermagnet nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Komponente aus Dauermagnetwerkstoff sehr hoher Koerzitivfeidstärke diejenige Oberfläche des Dauermagneten bildet, die dem Arbeitsluftspalt zugekehrt ist.
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4) Dauermagnet nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnetwerkstoff der einen Komponente mit sehr hoher Koerzitivfeidstärke aus isotropem oder anisotropem Barium-, Strontium- oder Bleiferrit, Seltenen Erden-Dauermagnetlegierungen, Wismut-Mangan, Mangan-Aluminium u.a. Dauermagnetwerkstoffen besteht und der Dauermagnetwerkstoff der anderen Komponente mit der geringeren Koerzitivfeidstärke aus einer isotropen oder anisotropen Legierung von Eisen mit mehreren der Metalle Aluminium, Nickel, Kobalt, Titan, Kupfer und dgl. besteht.
5) Dauermagnet nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnere Schicht der einen Komponente mit der dickeren Schicht der anderen Komponente z.B. durch Pressen, Spritzpressen,'Gießen oder dgl., vorzugsweise unter dem Einfluß eines magnetischen Richtfeldes, zu einem homogenen Körper miteinander verbunden sind.
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