DE3879886T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von stranggepressten koerpern aus dauermagnetischem material. - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von stranggepressten koerpern aus dauermagnetischem material.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Zusammenstellung zur Herstellung von extrudierten Permanentmagnetgegenständen aus abgeteilten Teilchenmengen bzw. -chargen von Permanentmagnetlegierungen.
- Es ist bekannt, Permanentmagnetgegenstände mit Hilfe von pulvermetallurgischen Verfahren herzustellen, die die Verdichtung von Teilchen der Permanentmagnetlegierungen umfassen. Diese Verfahren werden unter Verwendung von Permanentmagnetlegierungen wenigstens eines Elementes aus der Gruppe der seltenen Erden und der Übergangselemente eingesetzt. Diese herkömmlichen Verfahren umfassen im allgemeinen die Schritte des Ausrichtens, Pressens und Sinterns. Mit derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird ein hohes Energieprodukt (BHmax) und eine einachsige anisotrope Kristallausrichtung erzielt, und diese Kombination findet bei verschiedensten Permanentmagnet-Anwendungen Verwendung.
- Eine uniaxiale anisotrope Kristallausrichtung ist jedoch nicht immer für Magnetanwendungen für rotierende Maschinen, Motor-Rotoren, Strahlfokussierungsvorrichtungen und dergleichen von Vorteil. Für derartige Anwendungsfälle kann eine [100]-Fasertextur wünschenswert sein, bei der die kristallografische C-Achse senkrecht zur Achse des Magneten steht. Einer der Hauptanwendungsfälle für Magneten mit diesem Aufbau ist die Verwendung in Gleichstrommotoren. Für diesen Anwendungsfall wird bei herkömmlichen Verfahren eine Vielzahl von Segmenten von uniaxialen anisotropen Magneten benötigt, um den Anker für den Motor zu bilden, wobei in Fig. 1 diese Segmente 2 um eine Motorwelle 4 herum angeordnet sind.
- Um den Bedarf für die Verwendung einer Vielzahl von Magnetsegmenten, wie in Fig. 1 gezeigt, zu vermeiden, ist es bekannt, einen zylindrischen Magneten zu extrudieren, der zu den erforderlichen Abmessungen der Motorwelle paßt. In Fig. 2 ist ein extrudierter Magnet 6 in Verbindung mit einer Motorwelle 4 dargestellt.
- Zylindrische extrudierte Magneten, wie in Fig. 2 gezeigt, werden herkömmlicherweise unter Verwendung eines zylindrischen Extrusionsbehälters hergestellt. Magnetlegierungs-Partikel werden in den Behälter eingefüllt und der Behälter wird entgast, evakuiert und abgedichtet. Danach wird der Behälter auf Extrusionstemperatur erhitzt und extrudiert, um die Teilchen auf im wesentlichen völlige Dichte zu verdichten. Das hohle Zentrum des Magneten wird durch die Verwendung eines Vollzylinders oder Dorns mit einem Durchmesser erzielt, der dem Innendurchmesser des zu erzeugenden Magneten entspricht, wobei dieser Zylinder an dem Extrusionskolben befestigt ist. Dieser Vollzylinder bewegt sich mit dem Extrusionskolben während des Extrusionsvorganges und hält auf diese Weise den gewünschten Innendurchmesser des extrudierten Magneten aufrecht. Es ist schwierig, Konzentrizität zwischen dem Innen- und dem Außenumfang des extrudierten Magneten beizubehalten, da der Dorn zum Wandern neigt und so während des Extrusionsvorganges nicht in axialer Ausrichtung gehalten wird. Darüber hinaus kann bei hohen Extrusionsverhältnissen der Dorn brechen. Man sieht daher, daß es bei der Herstellung von zylindrischen Magneten mit Hilfe von herkömmlichen Extrusionsverfahren schwierig ist, einen zylindrischen Magneten mit den erforderlichen konzentrischen Abmessungen zu erzielen.
- Demgemäß ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Extrusionsverfahren und eine Extrusions-Zusammenstellung zur Verwendung bei diesem Verfahren zu schaffen, mit deren Hilfe eine verbesserte Konzentrizität bei der Herstellung von extrudierten hohlzylindrischen Magneten erzielt werden kann.
- Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Zusammenstellung zur Verwendung bei diesem Verfahren zu schaffen, die die Herstellung einer vollständigen Baueinheit in einem einzigen Extrusionsvorgang ermöglichen, die einen Permanentmagneten und die zugehörige Welle umfaßt.
- US-PS 4640815 beschreibt ein Verfahren und eine Zusammenstellung zum Beschichten der inneren Oberfläche eines Rohres mit einer Legierung. Ein rohrförmiger Einsatz wird innerhalb des Rohres, das beschichtet werden soll, angeordnet und die Legierungsteilchen werden in dem Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Einsatz und dem Rohr plaziert. Dann wird die Zusammenstellung erhitzt und extrudiert.
- Allgemein gesprochen wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines verdichteten, vollständig dichten Permanentmagnetgegenstandes eine Teilchencharge aus einer Permanentmagnetlegierungs-Zusammensetzung vorgesehen, aus der der Permanentmagnet-Gegenstand hergestellt werden soll. Die Teilchencharge wird in einem zylindrischen Behälter angeordnet, der einen im wesentlichen axial positionierten Kern besitzt, wobei die Charge den Kern im Behälter umgibt. Der Behälter wird evakuiert und gegen die Atmosphäre abgedichtet. Der Behälter und die Teilchencharge werden auf eine erhöhte Temperatur erhitzt und der Behälter und die Charge werden dann extrudiert, um die Charge im wesentlichen auf völlige Dichte zu verdichten und auf diese Weise einen im wesentlichen vollständig dichten Permanentmagnetgegenstand zu erzeugen, der im wesentlichen längs zweier orthogonaler Richtungen identische magnetische Eigenschaften besitzt, die auf der Extrusionsrichtung senkrecht stehen, um eine [100]-Fasertextur zu erzielen.
- Um das Entfernen des Kerns zu ermöglichen, um einen zylindrischen Magnetgegenstand zu erzeugen, kann auf dem Kern ein Trennmedium, wie z.B. Magnesiumoxid vorgesehen werden. Der Kern kann aus Kohlenstoffstahl, einem weichmagnetischen Material oder rostfreiem Stahl bestehen. Während des Extrusionsvorganges kann der Kern mit der Permanentmagnetlegierung verbunden bzw. verklebt sein. Dies ist dann vorteilhaft, wenn eine einheitliche Magnet-Wellen-Baueinheit während des Extrusionsvorganges hergestellt werden soll.
- Extrusionsverhältnisse im Bereich von 1,5:1 bis 50:1 können mit Extrusionstemperaturen im Bereich von 500ºC bis 1200ºC verwendet werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren findet spezielle Verwendung bei der Herstellung von Permanentmagneten, die Elemente der seltenen Erden enthalten. Genauer gesagt kann es bei der Herstellung von Magneten dieser Art verwendet werden, bei denen wenigstens ein Element der seltenen Erden wie z.B. Samarium, Neodym und Dysprosium mit einem Übergangselement wie z.B. Eisen und Kobalt und zusätzlich Bor und/oder Kohlenstoff verwendet werden kann.
- Die Erfindung schafft auch eine Zusammenstellung zur Verwendung bei der Herstellung eines verdichteten, vollständig dichten Permanentmagnetgegenstandes durch Extrusion, die einen zylindrischen Behälter umfaßt, der einen in ihm im wesentlichen axial positionierten Kern besitzt. Der Dorn definiert eine ringförmige Kammer innerhalb des Behälters. Eine Teilchencharge einer Permanentmagnetlegierung, aus der der Gegenstand hergestellt werden soll, wird in dieser ringförmigen Kammer angeordnet. Es sind Mittel vorgesehen, um die ringförmige Kammer abzudichten.
- Auf dem Kern kann ein Trennmedium vorgesehen werden. Dies erleichtert das Entfernen des Kerns von dem verdichteten Magneten nach der Extrusion. Der Kern kann aus Kohlenstoffstahl, einem Weichmagnetmaterial oder rostfreiem Stahl bestehen.
- Die Erfindung wird noch genauer unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
- Fig. 1 eine herkömmliche Zusammenstellung aus Permanentmagnetsegmenten in Verbindung mit einer Motorwelle,
- Fig. 2 eine herkömmliche Zusammenstellung aus einer Motorwelle und einem zugehörigen zylindrischen Permanentmagneten,
- Fig. 3 im senkrechten Querschnitt eine Ausführungsform einer Zusammenstellung gemäß der Erfindung zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines extrudierten Magneten, und
- Fig. 4 eine Draufsicht auf die Zusammenstellung aus Fig. 3.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 3 und 4 ein zylindrischer Behälter 8 gezeigt, der Endplatten 10 mit axialen Öffnungen 11 aufweist, die mit gegenüberliegenden Enden des Behälters beispielsweise durch Schweißen (nicht dargestellt) verbunden sind, um den Behälter abzudichten. Ein massiver Kern 12 ist an seinen entgegengesetzten Enden mit den Platten 10 verbunden und ein Teil erstreckt sich durch die Öffnungen 11. Der Kern ist im Behälter 8 axial positioniert, um im Behälter eine ringförmige Kammer 14 zu definieren, die den Kern umgibt. Partikel P der Magnetlegierungszusammensetzung, aus der der Magnet hergestellt werden soll, sind in der ringförmigen Kammer 14 des Behälters 8 vorgesehen.
- Die so aufgebaute Zusammenstellung aus den Fig. 3 und 4 wird dann entgast, danach auf Extrusionstemperatur erhitzt und in einer herkömmlichen Extrusionsvorrichtung extrudiert, um die Teilchen im Behälter auf im wesentlichen völlige Dichte zu verdichten. Danach kann der Kern 12 aus dem verdichteten hohlen zylindrischen Magneten entfernt werden. Dies kann dadurch ermöglicht bzw. erleichtert werden, daß auf der Oberfläche des Kerns ein Trennmedium wie z.B. Magnesiumoxid vorgesehen wird. Alternativ hierzu kann der Kern mit dem zylindrischen Magneten zur Verwendung als eine Baueinheit bei der Herstellung eines herkömmlichen Motor-Rotors, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, verbunden bzw. verklebt sein.
- Ein Kohlenstoffstahl-Extrusionsbehälter wurde hergestellt, in dem ein massiver Stab mit niederem Kohlenstoffgehalt und 3/4 Zoll (19 mm) Durchmesser axial mit der oberen und unteren Platte einer Büchse aus Weichstahl verschweißt wurde. Pulverisiertes (NdDy)&sub1;&sub5;Fe&sub7;&sub9;B&sub6;-Pulver wurde in die Dose, die einen Durchmesser von 3 1/8 Zoll (79,38 mm) besaß, eingefüllt und die Dose wurde auf 150ºC erhitzt, evakuiert und abgedichtet. Der Behälter wurde dann auf 927ºC erhitzt und mit einem Verhaltnis von 13,8:1 extrudiert. Das Extrusions-Endprodukt bestand aus einem Stahlstab mit 0,3 Zoll (7,62 mm) Durchmesser, der von einem ringförmigen Magneten mit einer Wanddicke von ungefähr 0,25 Zoll (6,35 mm) umgeben war. Die magnetischen Eigenschaften sind in Tabelle I aufgeführt. Die identischen Eigenschaften längs zweier orthogonaler Richtungen, die senkrecht zur Extrusionsrichtung stehen, zeigt, daß eine [100]-Fasertextur erzielt wurde. Dies ist das gleiche magnetische Verhalten, wie es bei Magneten beobachtet wird, die mit Hilfe von herkömmlichen Verfahren extrudiert werden.
- Diese extrudierten Magneten, die Stäbe in ihrer Mitte aufweisen, können direkt zu Mehrfachpolen magnetisiert und für jede Art von Rotationseinheit verwendet werden. Tabelle 1 Probe Bezeichnung Test Richtung axial Querrichtung
- Um das Verfahren nach Beispiel 1 mit einem herkömmlichen Verfahren zu vergleichen, wurde dasselbe Pulver, das bei Beispiel 1 verwendet wurde und aus (NdDy) &sub1;&sub5;Fe&sub7;&sub9;B&sub6; bestand, in eine Dose mit 3 1/8 Zoll (79,38 mm) Durchmesser eingefüllt und die Dose wurde auf 150ºC erhitzt, evakuiert und abgedichtet. Die Dose wurde dann auf 927ºC erhitzt und mit einem Verhältnis von 13,8:1 extrudiert. Die magnetischen Eigenschaften des sich ergebenden massiven Zylinders sind in Tabelle II dargestellt. Die magnetischen Eigenschaften sind sehr ähnlich zu denjenigen, die beim Beispiel 1 erzielt wurden. Somit ergibt das Extrusionsverfahren aus Beispiel 1 gemäß der Erfindung magnetische Eigenschaften, die mit einem herkömmlichen Magnet-Extrusionsverfahren vergleichbar sind. Tabelle II Probe Bezeichnung Test Richtung axial Querrichtung
- Dasselbe Pulver, das bei den Beispielen 1 und 2 verwendet wurde, wurde in einen Kohlenstoffstahl-Extrusionsbehälter eingefüllt. Dieser Extrusionsbehälter hatte die Form eines hohlen Kreiszylinders mit 3 1/8 Zoll (79,38 mm) Außendurchmesser und 3/4 Zoll (19 mm) Innendurchmesser. Der Behälter wurde evakuiert, abgedichtet, auf 927ºC erhitzt und mit einem Extrusionsverhältnis von 10:1 extrudiert. Der innere Durchmesser wurde während der Extrusion dadurch aufrechterhalten, daß entsprechend der herkömmlichen Praxis ein massiver Dorn an dem Kolben der Extrusionspresse befestigt wurde. Die magnetischen Eigenschaften (Tabelle III) sind ähnlich den in den Tabellen I und II wiedergegebenen Eigenschaften. Für die Konzentrizität, die als das Verhältnis der minimalen zur maximalen Wanddicke definiert ist, wurde ein Wert von 0,90 berechnet. Dieser Wert ist schlechter als die Konzentrizität von 0,95, die bei der nach Beispiel 1 gemäß der Erfindung extrudierten Probe gemessen wurde. Tabelle III Probe Bezeichnung Test Richtung axial Querrichtung
- Wie man aus der obigen Beschreibung und den Beispielen entnimmt, ermoglicht die Erfindung die Herstellung eines hohlen Permanentmagneten durch ein Extrusionsverfahren, bei dem die gewünschten Abmessungen des Magneten aufrechterhalten werden können und gleichzeitig Permanentmagneteigenschaften erzielt werden, die mit denjenigen von herkömmlichen Verfahren vergleichbar sind, die für diesen Zweck verwendet werden.
- Es sei darauf hingewiesen, daß die Form des Kerns auch andere symmetrische Geometrien als die eines Zylinders aufweisen kann. Die Teilchen des magnetischen Materials zur Verdichtung konnen durch Zerstäubung, schnelle Bandverfestigung, gegossene und pulverisierte Teilchen, direkt gegossene Barren oder Teilchen hergestellt werden, die durch ein Reduktions-Diffusions-Verfahren erzeugt worden sind.
- Da der Kern während der Extrusion mit dem verdichteten Magneten verbunden werden kann, kann eine Einheit hergestellt werden, die eine äußere Hülle einer Permanentmagnetlegierung und einen weichmagnetischen inneren Kern aufweist, wobei der innere Kern dazu dient, den magnetischen Fluß zu leiten.
Claims (16)
1. Verfahren zur Herstellung eines verdichteten, vollständig
dichten Permanentmagnetgegenstandes (6), das folgende
Schritte umfaßt:
Vorbereiten einer Teilchencharge (P),
Einbringen dieser Charge in einen zylindrischen
Behälter, und
Erhitzen des Behälters (8) und der Charge auf eine
erhöhte Temperatur und Extrudieren des Behälters (8)
und der Charge, um die Charge zu verdichten,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Teilchencharge (P) aus einer
Permanentmagnetlegierungs-Zusammensetzung besteht, aus der der Gegenstand (6) hergestellt
werden soll, und daß der Behälter (8) einen im
wesentlichen axial positionierten Kern (12) besitzt, wobei die
Charge den Kern (12) im Behälter (8) umgibt, und daß der
Behälter (8) und die Charge erhitzt und extrudiert
werden, um einen im wesentlichen vollständig dichten
Permanentmagnetgegenstand (6) zu bilden, der im wesentlichen
identische magnetische Eigenschaften längs zweier
orthogonaler Richtungen aufweist, die senkrecht zur
Extrusionsrichtung stehen, um eine [100]-Fasertextur zu erzielen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kern (12) nach
dem Verdichten entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem auf dem Kern
(12) ein Trennmedium vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Kern
(12) aus Kohlenstoffstahl besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Kern
(12) aus einem weichmagnetischen Material besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Kern
(12) aus rostfreiem Stahl besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3
bis 6, bei dem der Kern (12) mit der
Permanentmagnetlegierung während der Extrusion verbunden ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
dem die Extrusion mit einem Extrusionsverhältnis im
Bereich von 1,5:1 bis 50:1 durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Extrusion mit der Charge bei einer
Temperatur im Bereich von 500ºC bis 1200ºC durchgeführt
wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Teilchencharge einer
Permanentmagnetlegierung wenigstens ein Element aus der Gruppe der
seltenen Erden umfaßt.
11. Zusammenstellung, die für eine Verwendung bei der
Herstellung eines verdichteten, vollständig dichten
Permanentmagnetgegenstandes (6) durch Extrusion geeignet
ist und einen zylindrischen Behälter (8) sowie eine
Teilchencharge (P) umfaßt, dadurch
gekennzeichnet, daß der Behälter (8) einen massiven
Kern (12) aufweist, der im wesentlichen axial im
Behälter (8) positioniert ist und mit dem Behälter (8)
eine ringförmige Kammer (14) definiert, und daß die
Teilchencharge (P) aus einer Permanentmagnetlegierung,
aus der der Gegenstand (6) hergestellt werden soll,
besteht und in der ringförmigen Kammer (14) angeordnet ist.
12. Zusammenstellung nach Anspruch 11, bei der auf dem
Kern (12) ein Trennmedium vorgesehen ist.
13. Zusammenstellung nach Anspruch 11 oder 12, bei der der
Kern (12) aus Kohlenstoffstahl besteht.
14. Zusammenstellung nach Anspruch 11 oder 12, bei der
der Kern (12) aus einem weichmagnetischen Material
besteht.
15. Zusammenstellung nach Anspruch 12, bei der der Kern
(12) aus rostfreiem Stahl besteht.
16. Zusammenstellung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 11 bis 15, bei der die Teilchencharge aus
einer Permanentmagnetlegierung wenigstens ein Element
aus der Gruppe der seltenen Erden umfaßt.
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