Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten aus einem magnetischen Ausgangsmaterial Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten aus einem magnetischen Ausgangsmaterial .

Permanentmagnete aus der Gruppe der Seltenen Erden werden in einer Vielzahl von technischen Anwendungen eingesetzt und zeichnen sich durch ein besonders hohes Energieprodukt aus. Insbesondere Neodym-Ei sen-Bor-Magnete weisen ein Energieprodukt von bis zu 400 kJ/m ³ auf. Es sind unterschiedliche Verfahren zur Beeinflussung der Haltekraft von Permanentmagneten bekannt. Eine Möglichkeit ist die Erhöhung der magnetischen Remanenz von Permanentmagneten, insbesondere von anisotropen Permanentmagneten. Nachteilig daran ist, dass die chemische Zusammensetzung der Permanentmagnete und die Verfahren zur Ausrichtung der magnetischen Partikel nur noch sehr geringfügig optimierbar sind. Eine weitere Möglichkeit ist die spezielle Anordnung von Permanentmagneten zu Baugruppen, insbesondere zu einem Halb ach- Array. Nachteilig daran ist, dass zur Herstellung dieser Baugruppen aufmagnetisierte Permanentmagnete, insbesondere aufmagnetisierte anisotrope Permanentmagnete, verklebt werden. Nachteilig ist außerdem, dass die Herstellung der Baugruppe, aufgrund der abstoßenden und/oder anziehenden Wirkung der einzelnen Permanentmagnete, sehr aufwändig und kostenintensiv ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten insbesondere für die Herstellung eines Permanentmagneten aus einem magnetischen Ausgangsmaterial zu schaffen, wobei die genannten Nachteile, insbesondere mit Blick auf den herzustellenden Permanentmagneten, zumindest teilweise behoben, vorzugsweise vermieden sind.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen. Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Rohmagneten aus einem magnetischen Ausgangsmaterial geschaffen wird, wobei das magnetische Ausgangsmaterial mit einem Binder vermischt und ein Gemisch aus dem magnetischen Ausgangsmaterial und dem Binder erhalten wird. Aus dem Gemisch wird eine Rohform hergestellt, wobei an die Rohform während der Herstellung der Rohform ein externes Magnetfeld angelegt wird. Alternativ oder zusätzlich wird an die Rohform nach der Herstellung der Rohform ein externes Magnetfeld angelegt. Dabei wird das externe Magnetfeld von mindestens zwei unmittelbar benachbarten Magnetsegmenten erzeugt. Eine erste magnetische Orientierung eines ersten Magnetsegments der mindestens zwei Magnetsegmente unterscheidet sich von einer zweiten magnetischen Orientierung eines zweiten, dem ersten Magnetsegment unmittelbar benachbarten Magnetsegments der mindestens zwei Magnetsegmente. Anschließend wird der Binder zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus der Rohform entfernt, wodurch eine entbinderte Rohform erhalten wird. Die entbinderte Rohform wird gesintert, wobei der Rohmagnet erhalten wird.

Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren, um Rohmagnete herzustellen, die nach einer Aufmagnetisierung eine komplexe Magnetisierung aufweisen können. Der hergestellte Rohmagnet, insbesondere der nach der Aufmagnetisierung des Rohmagneten erhaltene Permanentmagnet, weist vorzugsweise eine Magnetisierung auf, welche an eine spezielle Anforderung angepasst sein kann. Insbesondere eignet sich das Verfahrens, um einen Rohmagnet, insbesondere einen nach der Aufmagnetisierung des Rohmagneten erhaltenen Permanentmagnet, herzustellen, welcher auf einer Seite ein verstärktes Magnetfeld aufweist.

Vorteilhafterweise werden Dipole des magnetischen Ausgangsmaterials mittels des extern anliegenden Magnetfelds, insbesondere entlang der magnetischen Feldlinien des extern anliegenden Magnetfelds, in der Rohform ausgerichtet, insbesondere in einer parallelen Orientierung zueinander ausgerichtet.

Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird unter der magnetischen Orientierung eines Magnetsegments und/oder eines Magnets, eine Richtung verstanden, welche sich als Mittelwert über die Richtungen aller magnetischen Dipole des Magnetsegments und/oder des Magnets ergibt.

In einer Ausgestaltung wird die Rohform in dem extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Vorteilhafterweise richten sich die Partikel des magnetischen Ausgangsmaterials, aus welchem die Rohform hergestellt wird, entsprechend dem extern anliegenden Magnetfeld aus, während die Rohform hergestellt wird. Bevorzugt ist das magnetische Ausgangsmaterial hartmagnetisch. Insbesondere wird an die Rohform nach der Herstellung der Rohform das externe Magnetfeld nicht angelegt.

In einer anderen Ausgestaltung wird an die Rohform nach der Herstellung der Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Besonders bevorzugt wird die Rohform auf eine Erweichungstemperatur erhitzt, während das externe Magnetfeld angelegt wird. Insbesondere wird an die Rohform während der Herstellung der Rohform das externe Magnetfeld nicht angelegt.

In einer anderen Ausgestaltung wird an die Rohform während der Herstellung der Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Zusätzlich wird insbesondere an die Rohform nach der Herstellung der Rohform das externe Magnetfeld angelegt. Besonders bevorzugt wird die Rohform auf eine Erweichungstemperatur erhitzt, während das externe Magnetfeld angelegt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens liegen die mindestens zwei Magnetsegmente unmittelbar aneinander an, sodass die mindestens zwei Magnetsegmente paarweise keinen Abstand zueinander aufweisen.

Vorteilhafterweise eignet sich das Verfahren für pulverförmige magnetische Ausgangsmaterialien, welche auf Basis einer neu erschmolzenen Legierung, insbesondere in Form eines Gussblocks oder in Form von schmelzgesponnenem Material, gebildet sind. Alternativ oder zusätzlich eignet sich das Verfahren für recyceltes magnetisches Material und/oder für kontaminiertes recyceltes magnetisches Material. Zusätzlich wird Material, welches mittels Recyclings gewonnen wird, zur Verbesserung seiner Eigenschaften vorzugsweise mit mindestens einem Seltene-Erden-Element, vorzugsweise in Pulverform, auflegiert.

Das magnetische Ausgangsmaterial liegt bevorzugt in einer reinen Form oder in einer hydrierten Form vor. Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2013/0263699 Al und das deutsche Patent DE 198 43 883 CI beschreiben ein Verfahren, genannt hydrogen decrepitation (HD), zur Herstellung einer hydrierten Form des magnetischen Ausgangsmaterials mittels eines wasserstoffinduzierten Verfalls.

Vorzugsweise wird ein magnetisches Vormaterial mechanisch, insbesondere durch Mahlen, auf eine Partikelgröße von mindestens 1 pm bis höchstens 200 pm zerkleinert, um das magnetische Ausgangsmaterial als pulverförmiges magnetisches Ausgangsmaterial zu gewinnen. Vorzugsweise weist der Binder eine organische Binderkomponente auf. Besonders bevorzugt weist der Binder mindestens ein organisches Polymer als Binderkomponente auf. Besonders bevorzugt besteht der Binder aus mindestens einem organischen Polymer.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zur Entfernung des Binders aus der Rohform die Rohform mittels eines Lösungsmittels vorentbindert. Vorzugsweise ist das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Kohlenwasserstoff, insbesondere Cyclohexan, n-Heptan oder n-Hexan, einem Kohlenwasserstoffgemisch, insbesondere Testbenzin, Aceton, und einem Alkohol, insbesondere Iso-Propanol oder Ethanol. Alternativ oder zusätzlich wird die Rohform - vorzugsweise nach dem Vorentbindem - einer thermischen Entbinderung unterzogen, um den Binder aus der Rohform zu entfernen.

Vorzugsweise weist das Gemisch eine Glasübergangstemperatur TG von mindestens 35 °C bis höchstens 250 °C auf.

Bevorzugt eignet sich das Verfahren dazu einen Rohmagnet in einer Form, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Quader, einem Kreisbogen, und einem Rohr, herzustellen, wobei der Rohmagnet, insbesondere der nach der Aufmagnetisierung des Rohmagneten erhaltene Permanentmagnet, eine, auf die Anwendung abgestimmte, Magnetisierung aufweist.

Vorzugsweise wird der Rohmagnet aufmagnetisiert, wobei ein Permanentmagnet erhalten wird. Das Verfahren ist dann insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Permanentmagneten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als das magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet wird, welches Partikel einer R _x T _y B -Legierung aufweist. Vorzugsweise wird als das magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches aus Partikeln einer R _x T _y B-Legierung besteht. Insbesondere wird bevorzugt als das magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches Partikel einer Nd _x Fe _y B -Legierung aufweist oder aus Partikeln einer Nd _x Fe _y B -Legierung besteht.

Vorzugsweise wird als das magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches Partikel einer R _x T _y B-Legierung und Partikel einer Seltene-Erden-reichen Phase aufweist. Insbesondere besteht das magnetische Ausgangsmaterial bevorzugt aus einem Gemisch aus Partikeln einer R _x T _y B -Legierung und Partikeln einer Seltene-Erden-reichen Phase. Bevorzugt wird als das magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet, welches Partikel einer Nd _x Fe _y B -Legierung und Partikel einer Neodym-reichen Phase aufweist oder aus solchen Partikeln besteht. Insbesondere weist das magnetische Ausgangsmaterial bevorzugt ein Gemisch aus Partikeln einer Nd _x Fe _y B-Legierung und Partikeln einer Neodym-reichen Phase auf oder besteht aus einem solchen Gemisch.

Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre steht R für ein Seltene-Erden-Element, T für mindestens ein Element, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Eisen und Cobalt, und B für das Element Bor. Insbesondere substituieren sich die Elemente Eisen und Cobalt teilweise oder vollständig derart, dass entweder nur Eisen oder nur Cobalt oder eine beliebige Eisen-Cobalt- Mischung vorliegt. Vorzugsweise ist das Seltene-Erden-Element Neodym. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die R _x T _y B -Legierung zusätzlich ein weiteres Element, vorzugsweise ein Metall, insbesondere ein Übergangsmetall, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Aluminium, Kupfer, Zirkonium, Gallium, Hafnium, und Niob, vorzugsweise in Spuren.

Vorzugsweise weist das magnetische Ausgangsmaterial Partikel einer NdiFeuB-Legierung auf oder besteht aus Partikeln einer NdiFeuB-Legierung

Vorzugsweise weist die Seltene-Erden-reiche Phase, insbesondere die Neodym-reiche Phase, mindestens ein Seltene-Erden-Element, insbesondere Neodym, oder eine chemische Verbindung dieses Seltene-Erden-Elements, insbesondere von Neodym, auf. Zusätzlich enthält die Seltene- Erden-reiche Phase, insbesondere die Neodym-reiche Phase, bevorzugt mindestens ein weiteres Element der R _x T _y B-Legierung, insbesondere der Nd _x Fe _y B-Legierung. Alternativ oder zusätzlich liegt das mindestens eine Seltene-Erden-Element, insbesondere Neodym, in einer hydrierten Form vor. Vorzugsweise weist die Neodym-reiche Phase NdH ₂ und/oder NdH _2,7 auf oder besteht aus NdH ₂ und/oder NdH _2,7 . Alternativ ist es in bevorzugter Ausgestaltung möglich, dass die Seltene- Erden-reiche Phase, insbesondere die Neodym-reiche Phase, aus mindestens einem Seltene-Erden- Element, insbesondere aus Neodym, oder aus einer chemischen Verbindung dieses Seltene-Erden- Elements, insbesondere von Neodym, besteht.

Alternativ wird vorzugsweise das mindestens eine Seltene-Erden-Element, insbesondere Neodym, in einer hydrierten Form, insbesondere NdH ₂ und/oder NdH _2,7 , dem magnetischen Ausgangsmaterial zusätzlich hinzugefügt. Die Seltene-Erden-reiche Phase bildet bevorzugt im Gefüge des Rohmagneten eine Phase, die sich an Korngrenzen des Gefüges befindet. Insbesondere wird die Seltene-Erden-reiche Phase an den Komgrenzen des Gefüges angereichert. Insbesondere ist die Seltene-Erden-reiche Phase inhomogen in dem Gefüge verteilt ausgebildet.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als das magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet wird, welches mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Aluminium-Nickel-Cobalt-Legierung, einer Samarium- Cobalt-Legierung, und einer Ferrit-Legierung, aufweist.

Vorzugsweise wird als das magnetische Ausgangsmaterial ein Material verwendet wird, welches aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Aluminium- Nickel-Cobalt-Legierung, einer Samarium-Cobalt-Legierung, und einer Ferrit-Legierung, besteht.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als das magnetische Ausgangsmaterial eine Samarium-Cobalt-Legierung, die SmCo aufweist, vorzugsweise aus SmCo ₅ besteht, verwendet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als das magnetische Ausgangsmaterial eine Samarium-Cobalt-Legierung, die Sr Con, Eisen, Kupfer und Zirkon aufweist, vorzugsweise aus SrmCon, Eisen, Kupfer und Zirkon besteht, verwendet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als magnetische Ausgangsmaterial ein Werkstoff verwendet, der ein Eisenoxid, insbesondere FeiCh, und mindestens ein Metalloxid, insbesondere Nickeloxid, Zinkoxid, Manganoxid, Cobaltoxid, Kupferoxid, Magnesiumoxid, Cadmiumoxid, Bariumoxid, oder Strontiumoxid, aufweist. Bevorzugt besteht der Werkstoff aus einem Eisenoxid, insbesondere FeiCh, und mindestens einem Metalloxid, insbesondere Nickeloxid, Zinkoxid, Manganoxid, Cobaltoxid, Kupferoxid, Magnesiumoxid, Cadmiumoxid, Bariumoxid, oder Strontiumoxid. Besonders bevorzugt ist der Werkstoff ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Mangan-Zink-Ferrit, einem Nickel- Zink-Ferrit, einem Strontiumferrit, einem Bariumferrit, und einem Cobaltferrit.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Magnetsegment der mindestens zwei Magnetsegmente ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten, insbesondere einem schaltbaren El ektrom agneten .

Insbesondere ist ein Magnetsegment, insbesondere nur ein Magnetsegment, der mindestens zwei Magnetsegmente ein Permanentmagnet. Alternativ oder zusätzlich ist insbesondere ein Magnetsegment, insbesondere nur ein Magnetsegment, der mindestens zwei Magnetsegmente ein Elektromagnet.

Insbesondere sind eine Mehrzahl an Magnetsegmenten der mindestens zwei Magnetsegmenten Permanentmagnete. Alternativ oder zusätzlich sind insbesondere eine Mehrzahl an Magnetsegmenten der mindestens zwei Magnetsegmenten Elektromagnete. Insbesondere ist ein Magnetsegment, insbesondere nur ein Magnetsegment, der mindestens zwei Magnetsegmente ein Permanentmagnet. Zusätzlich sind insbesondere eine Mehrzahl an Magnetsegmenten der mindestens zwei Magnetsegmenten Elektromagnete.

Insbesondere ist ein Magnetsegment, insbesondere nur ein Magnetsegment, der mindestens zwei Magnetsegmente ein Elektromagnet. Zusätzlich sind insbesondere eine Mehrzahl an Magnetsegmenten der mindestens zwei Magnetsegmenten Permanentmagnete.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste magnetische Orientierung und die zweite magnetische Orientierung miteinander einen Winkel einschließen, welcher zwischen 0° und 180° beträgt. Insbesondere ist der Winkel größer als 0° und kleiner als 180°. Bevorzugt beträgt der Winkel mindestens 10°, vorzugsweise mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 30°, vorzugsweise mindestens 40°, vorzugsweise mindestens 50°, vorzugsweise mindestens 60°, vorzugsweise mindestens 70°, vorzugsweise mindestens 80°, vorzugsweise mindestens 85°, vorzugsweise mindestens 88°. Bevorzugt beträgt der Winkel höchstens 170°, vorzugsweise höchstens 160°, vorzugsweise höchstens 150°, vorzugsweise höchstens 140°, vorzugsweise höchstens 130°, vorzugsweise höchstens 120°, vorzugsweise höchstens 110°, vorzugsweise höchstens 100°, vorzugsweise höchstens 95°, vorzugsweise höchstens 92°. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel zwischen der ersten magnetischen Orientierung und der zweiten magnetischen Orientierung 90°.

Vorteilhafterweise bewirkt der Winkel zwischen der ersten magnetischen Orientierung und der zweiten magnetischen Orientierung, dass ein Rohmagnet, insbesondere ein nach der Aufmagnetisierung des Rohmagneten erhaltene Permanentmagnet, hergestellt wird, welcher auf einer ersten Seite ein starkes Magnetfeld, insbesondere eine hohe magnetische Flussdichte, aufweist und auf einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite ein schwaches Magnetfeld, insbesondere eine geringe magnetische Flussdichte, aufweist. Die Differenz der magnetischen Flussdichten zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite ist bei einem Winkel von 90° am größten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das externe Magnetfeld mittels eines Halb ach- Arrays erzeugt wird, wobei die mindestens zwei Magnetsegmente das Halbach- Array bilden. Vorteilhafterweise schließen die erste magnetische Orientierung des ersten Magnetsegments des Halb ach- Arrays und die zweite magnetische Orientierung des zweiten, dem ersten Magnetsegment unmittelbar benachbarten Magnetsegments des Halb ach- Arrays einen Winkel von 90° ein.

Alternativ oder zusätzlich ist der Rohmagnet, welcher beim Sintern der Rohform erhalten wird, bevorzugt wiederum ein Halb ach- Array.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als die mindestens zwei Magnetsegmente Magnetsegmente verwendet werden, welche jeweils eine magnetische Flussdichte von mindestens 0,1 Tesla bis höchstens 6 Tesla aufweisen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das externe Magnetfeld für eine vorbestimmte Magnetisierungsdauer erzeugt wird, wobei die vorbestimmte Magnetisierungsdauer bevorzugt von mindestens 0,1 Sekunden bis höchstens 300 Sekunden beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die vorbestimmte Magnetisierungsdauer höchsten 180 Sekunden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als das externe Magnetfeld ein Wechselmagnetfeld mit einer vorbestimmten Wechselfrequenz, vorzugsweise von mindestens 0,05 Hz bis höchstens 10 Hz, verwendet wird. Vorteilhafterweise werden die Partikel, insbesondere die Dipole der Partikel, mittels des Wechselmagnetfelds in Schwingung versetzt, wodurch sich die Dipole besser entlang der magnetischen Feldlinien des externen Magnetfelds ausrichten. Die Dipole verbleiben nach Ende der Magnetisierung mittels des externen Magnetfelds in deren letzter Ausrichtung. Insbesondere ist im Kontext der vorliegenden technischen Lehre ein Wechselmagnetfeld ein Magnetfeld, das - insbesondere aufgrund seines zeitlichen Verlaufs - geeignet ist, um Partikel, insbesondere die Dipole der Partikel, in Schwingung zu versetzen, insbesondere derart, dass sich diese besser entlang der magnetischen Feldlinien des externen Magnetfelds ausrichten können. Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre ist ein Wechselmagnetfeld insbesondere ein magnetisches Feld, welches durch Wechsel Spannung oder Wechselstrom erzeugt wird. Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre ist außerdem eine Wechsel Spannung insbesondere eine elektrische Spannung, deren Polarität in regelmäßiger Wiederholung wechselt, wobei insbesondere ein zeitlicher Mittelwert der elektrischen Spannung null ist. Vorzugsweise weist die Wechselspannung einen zyklischen und/oder periodischen Verlauf auf, besonders bevorzugt weist die Wechsel Spannung zeitlich eine Kurvenform, insbesondere einen sinusförmigen Verlauf, auf. Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre ist ein Wechselstrom insbesondere ein elektrischer Strom, der seine Richtung, insbesondere seine Polung, in regelmäßiger Wiederholung ändert. Vorzugsweise ergänzen sich bei dem Wechselstrom positive und negative Augenblickswerte derart, dass der elektrische Strom im zeitlichen Mittel null ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als die mindestens zwei Magnetsegmente jeweils mindestens zwei Magnetsegmente an zwei gegenüberliegenden Seiten der Rohform, insbesondere an der ersten Seite und der zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite angelegt werden. Vorzugsweise sind die mindestens zwei

Magnetsegmente auf der ersten Seite zu den mindestens zwei Magnetsegmenten auf der zweiten Seite identisch ausgebildet. Vorzugsweise verläuft das externe Magnetfeld vollständig linear durch die Rohform.

Insbesondere ist vorzugsweise auf der ersten Seite zwischen den mindestens zwei

Magnetsegmenten und der Rohform ein nichtmagnetisches, insbesondere magnetisch isolierendes, Material angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise auf der zweiten Seite zwischen den mindestens zwei Magnetsegmenten und der Rohform ein nichtmagnetisches, insbesondere magnetisch isolierendes, Material angeordnet.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens zwei

Magnetsegmente an der ersten Seite der Rohform angelegt werden, wobei an der zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Rohform ein nichtmagnetisches Material, insbesondere ein magnetisch isolierendes Material, angeordnet wird. Insbesondere ist vorzugsweise auf der ersten Seite zwischen den mindestens zwei Magnetsegmenten und der Rohform ein nichtmagnetisches, insbesondere magnetisch isolierendes, Material angeordnet.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rohform mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Spritzgießen, insbesondere Metallpulver- Spritzgießen, additivem Fertigen, und Extrudieren, hergestellt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Spritzgießens weist eine Spritzgießform eine Formtemperatur auf, die unterhalb der Glasübergangstemperatur TG des Gemischs liegt. Weiterhin wird das externe Magnetfeld an die Spritzgießform angelegt, während das Gemisch, vorzugweise in einer schmelzflüssigen Darreichungsform, in die Spritzgießform gefüllt wird. Somit wird die Rohform in dem extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Vorzugsweise dauert das Spritzgießen von mindestens 5 Sekunden bis höchstens 300 Sekunden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Spritzgießens weist die Spritzgießform eine Formtemperatur auf, die oberhalb der Glasübergangstemperatur TG des Gemischs liegt. Weiterhin wird, während das Gemisch, vorzugweise in einer schmelzflüssigen Form, in die Spritzgießform gefüllt und verdichtet wird, das externe Magnetfeld an die Spritzgießform angelegt. Somit wird die Rohform in dem extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Vorzugsweise dauert ein Befüllen der Spritzgießform und ein Verdichten des Gemischs von mindestens 5 Sekunden bis höchstens 300 Sekunden. Anschließend wird die Spritzgießform auf eine Formtemperatur gekühlt, die unterhalb der Glasübergangstemperatur TG des Gemischs liegt. Das Abkühlen der Spritzgießform dauert von mindestens 1 Sekunde bis höchstens 300 Sekunden. Vorteilhafterweise sind bei dieser bevorzugten Ausführungsform des Spitzgießens kürzere Spritzgießzyklen möglich. Zusätzlich kann die Rohform einfach aus der Spritzgießform entformt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Extrudierens weist eine Extrusions-Matrize mindestens zwei unmittelbar benachbarten Abschnitte auf. Vorzugsweise ist die Extrusions- Matrize in einer Extrusions-Richtung in die mindestens zwei unmittelbar benachbarten Abschnitte aufgeteilt. Der in der Extrusions-Richtung erste Abschnitt weist eine Matrizen-Temperatur auf, die oberhalb der Glasübergangstemperatur TG des Gemischs liegt. Weiterhin wird an dem ersten Abschnitt der Extrusions-Matrize das externe Magnetfeld angelegt. Somit wird die Rohform in dem ersten Abschnitt in dem extern anliegenden Magnetfeld hergestellt. Der in der Extrusions- Richtung zweite Abschnitt weist eine Matrizen-Temperatur auf, die unterhalb der Glasübergangstemperatur TG des Gemischs liegt. Weiterhin wird vorzugsweise an dem zweiten Abschnitt der Extrusions-Matrize das externe Magnetfeld nicht angelegt. Somit wird die Rohform in dem zweiten Abschnitt abgekühlt und mittels des zweiten Abschnitts der Extrusions-Matrize in Form gehalten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dritte Rohform in einer Atmosphäre gesintert wird, die mindestens ein Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, und Helium, aufweist. Besonders bevorzugt besteht die Atmosphäre, in welcher die dritte Rohform gesintert wird, aus mindestens einem Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, und Helium. Alternativ wird die dritte Rohform vorzugsweise in einem Vakuum gesintert.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rohmagnet nach dem Sintern in einer Magnetisierungsvorrichtung mittels eines Aufmagnetisierungs-Magnetfelds mit einer magnetischen Feldstärke von mindestens 1 Tesla bis höchstens 6 Tesla, vorzugsweise von mindestens 2,5 Tesla bis höchstens 3 Tesla, aufmagnetisiert wird, wobei ein Permanentmagnet erhalten wird. Vorzugsweise wird das Aufmagnetisierungs-Magnetfeld in der Magnetisierungsvorrichtung als Puls, insbesondere als kurzzeitiger Puls, an den Rohmagneten angelegt. Das Verfahren ist insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Permanentmagneten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aufmagnetisierungs- Magnetfeld, welches mittels der Magnetisierungsvorrichtung erzeugt wird, analog zu dem an die Rohform extern angelegten Magnetfeld ist.

Im Kontext der vorliegenden technischen Lehre wird darunter, dass das Aufmagnetisierungs- Magnetfeld analog zu dem extern angelegten Magnetfeld ist, verstanden, dass sich die beiden Magnetfelder lediglich um einen beim Sintern auftretenden Schrumpfungsfaktor, insbesondere von mindestens 10 % bis höchstens 25 %, unterscheiden; insbesondere ist das Aufmagnetisierungs-Magnetfeld um den Schrumpfungsfaktor kleiner als das extern angelegte Magnetfeld. Hierzu unterscheiden sich insbesondere auch die Magnetsegmente mit konstanter magnetischer Orientierung um den Schrumpfungsfaktor, insbesondere sind die mindestens zwei Magnetsegmente des Aufmagnetisierungs-Magnetfelds um den Schrumpfungsfaktor kleiner als die mindestens zwei Magnetsegmente des extern angelegten Magnetfeldes. Zur Erfindung gehört auch ein Rohmagnet, insbesondere ein Permanentmagnet, der mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder mittels eines Verfahrens nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hergestellt ist.

Zur Erfindung gehört weiterhin eine Verwendung eines solchen Rohmagneten, insbesondere eines solchen Permanentmagneten, in einer Vorrichtung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Elektromotor, einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einem Generator, einem Festplattenlaufwerk, und einem Sensor.

Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Elektromotor, einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einem Generator, einem Festplattenlaufwerk, und einem Sensor, wobei die Vorrichtung einen Permanentmagnet aufweist, welcher mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens nach einem oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen geschaffen wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Rohmagneten,

Fig. 2 eine schematische Darstellung von drei unterschiedlichen Ausgestaltungen zur Herstellung einer Rohform, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung des Permanentmagneten als Halb ach- Arrays.

Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Rohmagneten 6.

In einem Schritt a) wird ein magnetisches Ausgangsmaterial 1 mit einem Binder 2, insbesondere einem organischen Binder, vermischt, wobei ein Gemisch 3 aus dem magnetischen Ausgangsmaterial 1 und dem Binder 2 erhalten wird.

Besonders bevorzugt wird als das magnetische Ausgangsmaterial 1 ein Material verwendet, das aus Partikeln einer R _x T _y B-Legierung und vorzugsweise Partikeln einer Seltene-Erden-reichen Phase hergestellt ist. Alternativ wird als das magnetische Ausgangsmaterial 1 ein Material, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Aluminium-Nickel-Cobalt-Legierung, einer Samarium-Cobalt-Legierung, und einer Ferrit-Legierung, verwendet.

In einem Schritt b) wird aus dem Gemisch 3 eine Rohform 4 hergestellt, wobei an die Rohform 4 während und/oder nach der Herstellung der Rohform 4 ein externes Magnetfeld angelegt wird. Dabei wird das externe Magnetfeld von mindestens zwei unmittelbar benachbarten Magnetsegmenten 9 erzeugt. Eine erste magnetische Orientierung 11.1 eines ersten Magnetsegments 9.1 der mindestens zwei Magnetsegmente 9 unterscheidet sich von einer zweiten magnetischen Orientierung 11.2 eines zweiten, dem ersten Magnetsegment 9.1 unmittelbar benachbarten Magnetsegments 9.2 der mindestens zwei Magnetsegmente 9.

Vorzugsweise schließen die erste magnetische Orientierung 11.1 und die zweite magnetische Orientierung 11.2 einen Winkel zwischen 0° und 180°, insbesondere größer als 0° und kleiner als 180°, ein.

Vorzugsweise wird das extern anliegende Magnetfeld für eine vorbestimmte Magnetisierungsdauer angelegt, wobei die vorbestimmte Magnetisierungsdauer bevorzugt von mindestens 0,1 Sekunden bis höchstens 300 Sekunden, besonders bevorzugt bis höchstens 180 Sekunden, beträgt.

Vorzugsweise ist mindestens ein Magnetsegment 9 der mindestens zwei Magnetsegmente 9 ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Permanentmagnet und einem Elektromagnet, insbesondere einem schaltbaren Elektromagnet.

Besonders bevorzugt bilden die mindestens zwei Magnetsegmente 9 ein Halb ach- Array.

Vorzugsweise werden als die mindestens zwei Magnetsegmente 9 Magnetsegmente 9 verwendet, welche jeweils eine magnetische Flussdichte von mindestens 0,1 Tesla bis höchstens 6 Tesla aufweisen.

Vorzugsweise wird als externes Magnetfeld ein Wechselmagnetfeld mit einer vorbestimmten Wechselfrequenz, vorzugsweise von mindestens 0,05 Hz bis höchstens 10 Hz, verwendet.

Vorzugsweise wird die Rohform 4 mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Spritzgießen, additivem Fertigen, und Extrudieren, hergestellt. In einem Schritt c) wird der Binder 2 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus der Rohform 4 entfernt, wodurch eine entbinderte Rohform 5 erhalten wird.

In einem Schritt d) wird die entbinderte Rohform 5 gesintert, wobei der Rohmagnet 6 erhalten wird. Vorzugsweise wird die entbinderte Rohform 5 in einer Atmosphäre gesintert, die mindestens ein Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, und Helium, aufweist. Besonders bevorzugt besteht die Atmosphäre aus mindestens einem Prozessgas, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Argon, und Helium. Alternativ wird die entbinderte Rohform 5 in einem Vakuum gesintert.

Optional wird in einem Schritt e) der Rohmagnet 6 in einer Magnetisierungsvorrichtung aufmagnetisiert, wobei ein Permanentmagnet 8 erhalten wird. Die Magnetisierungsvorrichtung erzeugt ein Aufmagnetisierungs-Magnetfeld mit einer magnetischen Flussdichte von mindestens 1 Tesla bis höchstens 6 Tesla, vorzugsweise von mindestens 2,5 Tesla bis höchstens 3 Tesla.

Vorzugsweise ist das Aufmagnetisierungs-Magnetfeld, welches von der Magnetisierungsvorrichtung erzeugt wird, analog zu dem extern angelegten Magnetfeld. Insbesondere werden bei der Erzeugung des Aufmagnetisierungs-Magnetfelds die magnetischen Orientierungen 11 der mindestens zwei Magnetsegmente 9 und ein Schrumpfungsfaktor des Sinterns berücksichtigt. Damit unterscheiden sich das extern angelegte Magnetfeld und das Aufmagnetisierungs-Magnetfeld nur um den Schrumpfungsfaktor des Sinterns.

Figur 2 a) und Figur 2 b) zeigen eine schematische Darstellung einer ersten und einer zweiten Ausgestaltung zur Herstellung der Rohform 4.

Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.

In einem Werkzeug 7 wird aus dem Gemisch 3 die Rohform 4 hergestellt. Während und/oder nach der Herstellung der Rohform 4 in dem Werkzeug 7 wird das externe Magnetfeld an die Rohform 4 angelegt. Das externe Magnetfeld wird von einem ersten Magnetsegment 9.1, mit der ersten magnetischen Orientierung 11.1, und einem zweiten, dem ersten Magnetsegment 9.1 unmittelbar benachbarten Magnetsegment 9.2 mit der zweiten magnetischen Orientierung 11.2 erzeugt.

Die zwei Magnetsegmente 9 sind auf der ersten Seite 13.1 der Rohform 4 angeordnet. Auf der zweiten, der ersten Seite 13.1 gegenüberliegenden Seite 13.2 ist ein nichtmagnetisches, insbesondere magnetisch isolierendes, Material 15 angeordnet. Zusätzlich ist vorzugsweise auf der ersten Seite 13.1 zwischen den zwei Magnetsegmenten 9 und der Rohform 4 ein nichtmagnetisches, insbesondere magnetisch isolierendes, Material 15 angeordnet.

Die Figuren 2 a) und 2 b) unterscheiden sich in Hinblick auf die Ausrichtung der zweiten magnetischen Orientierung 11.2. In Figur 2 a) schließen die ersten magnetische Orientierung 11.1 und die zweite magnetische Orientierung 11.2 einen Winkel ein, welcher größer als 0° und kleiner als 90° ist. In Figur 2 b) schließen die ersten magnetische Orientierung 11.1 und die zweite magnetische Orientierung 11.2 einen Winkel ein, welcher größer als 90° und kleiner als 180° ist.

Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die konkret dargestellten magnetischen Orientierungen 11 beschränkt.

Figur 2 c) zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Verfahrensschritts zur Herstellung der Rohform 4.

An der ersten Seite 13.1 der Rohform 4 werden das erste Magnetsegment 9.1 mit der ersten magnetischen Orientierung 11.1 und das zweite Magnetsegment 9.2 mit der zweiten magnetischen Orientierung 11.2 angelegt. Auf der zweiten, der ersten Seite 13.1 gegenüberliegenden Seite 13.2 der Rohform 4 wird ein drittes Magnetsegment 9.3 fluchtend mit dem ersten Magnetsegment 9.1 angelegt. Zusätzlich wird ein viertes Magnetsegment 9.4 fluchtend mit dem zweiten Magnetsegment 9.2 und unmittelbar benachbart zu dem dritten Magnetsegment 9.3 angelegt. Das dritte Magnetsegment 9.3 weist die erste magnetische Orientierung 11.1 auf. Das vierte Magnetsegment 9.4 weist die zweite magnetische Orientierung 11.2 auf. Somit verläuft das extern angelegte Magnetfeld linear durch die Rohform 4 hindurch.

Vorzugsweise ist auf der ersten Seite 13.1 zwischen den zwei Magnetsegmenten 9 und der Rohform 4 ein nichtmagnetisches, insbesondere magnetisch isolierendes, Material 15 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise auf der zweiten Seite 13.2 zwischen den zwei Magnetsegmenten 9 und der Rohform 4 ein nichtmagnetisches, insbesondere magnetisch isolierendes, Material 15 angeordnet.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung des Permanentmagneten 8 als Halbach-Array. In Figur 3 a) wird in dem Werkzeug 7 aus dem Gemisch 3 die Rohform 4 hergestellt. Während und/oder nach der Herstellung der Rohform 4 in dem Werkzeug 7 wird das externe Magnetfeld an die Rohform 4 angelegt. Das externe Magnetfeld wird von dem ersten Magnetsegment 9.1 mit der ersten magnetischen Orientierung 11.1, dem zweiten, dem ersten Magnetsegment 9.1 unmittelbar benachbarten Magnetsegment 9.2 mit der zweiten magnetischen Orientierung 11.2, dem dritten, dem zweiten Magnetsegment 9.2 unmittelbar benachbarten Magnetsegment 9.3 mit einer dritten magnetischen Orientierung 11.3, dem vierten, dem dritten Magnetsegment 9.3 unmittelbar benachbarten Magnetsegment 9.4 mit einer vierten magnetischen Orientierung 11.4, und einem fünften, dem vierten Magnetsegment 9.4 unmittelbar benachbarten Magnetsegment 9.5 mit der ersten magnetischen Orientierung 11.1 erzeugt.

Die fünf Magnetsegmente 9 sind auf der ersten Seite 13.1 der Rohform 4 angeordnet. Auf der zweiten, der ersten Seite 13.1 gegenüberliegenden Seite 13.2 ist das nichtmagnetische, insbesondere magnetisch isolierende Material 15 angeordnet.

Figur 3 b) zeigt den Permanentmagneten 8, welcher nach dem Entbindern und Sintern der Rohform 4 aus Figur 3 a) und der Aufmagnetisierung des Rohmagneten 6, welcher nach dem Sintern der Rohform 4 erhalten wird, erhalten wird.

Der Permanentmagnet 8 weist fünf Bereiche 17 mit jeweils einer makroskopischen Partikelausrichtung 19 auf. Ein erster Bereich 17.1 weist eine erste makroskopische Partikelausrichtung 19.1 auf, die mittels der ersten magnetischen Orientierung 11.1 des ersten Magnetsegments 9.1 erzeugt wurde. Ein zweiter Bereich 17.2 weist eine zweite makroskopische Partikelausrichtung 19.2 auf, die mittels der zweiten magnetischen Orientierung 11.2 des zweiten Magnetsegments 9.2 erzeugt wurde. Ein dritter Bereich 17.3 weist eine dritte makroskopische Partikelausrichtung 19.3 auf, die mittels der dritten magnetischen Orientierung 11.3 des dritten Magnetsegments 9.3 erzeugt wurde. Ein vierter Bereich 17.4 weist eine vierte makroskopische Partikelausrichtung 19.4 auf, die mittels der vierten magnetischen Orientierung 11.4 des vierten Magnetsegments 9.4 erzeugt wurde. Ein fünfter Bereich 17.5 weist eine fünfte makroskopische Partikelausrichtung 19.5 auf, die mittels der ersten magnetischen Orientierung 11.1 des fünften Magnetsegments 9.5 erzeugt wurde.

Aufgrund der makroskopischen Partikelausrichtungen 19 erzeugt der Permanentmagnet 8 ein Magnetfeld 21, dargestellt mittels einer Mehrzahl an Feldlinien 23, welches auf der ersten Seite 13.1 eine hohe magnetische Flussdichte und auf der zweiten Seite 13.2 eine niedrige magnetische Flussdichte aufweist.