[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials
für die Herstellung eines Seltenerd-Magneten sowie eine Anlage zur Herstellung eines
Ausgangsmaterials für die Herstellung von Seltenerd-Magneten gemäß den Merkmalen der
unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
[0002] Ein Dauermagnet bzw. Permanentmagnet besteht aus einem magnetisierbaren Material,
zum Beispiel Eisen, Kobalt oder Nickel, welches ein statisches Magnetfeld behält,
ohne dass im Gegensatz zu Elektromagneten ein elektrischer Stromfluss benötigt wird.
Ein Dauermagnet kann durch die Einwirkung eines Magnetfeldes auf ferromagnetisches
Material erzeugt werden.
[0003] Unter dem Namen Seltenerd-Magnet wird eine Gruppe von Permanentmagneten zusammengefasst,
die im Wesentlichen aus Eisenmetallen (Eisen, Cobalt, seltener Nickel) und Seltenerd-Metallen
(insbesondere Neodym, Samarium, Praseodym, Dysprosium, Terbium, Gadolinium) bestehen.
Seltenerd-Magneten zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine hohe magnetische Remanenzflussdichte
und damit eine hohe magnetische Energiedichte aufweisen.
[0004] Permanentmagnete werden aus kristallinem Pulver hergestellt. Das Magnetpulver wird
in Gegenwart eines starken Magnetfelds in eine Form gepresst. Dabei richten sich die
Kristalle mit ihrer bevorzugten Magnetisierungsachse in Richtung des Magnetfelds aus.
Die Presslinge werden anschließend gesintert. Beim Sintern werden die pulverisierten
Bestandteile des Pulvers durch Erwärmung miteinander verbunden oder verdichtet, wobei
jedoch keine oder zumindest nicht alle Ausgangsstoffe aufgeschmolzen werden. Dabei
werden die Presslinge - oft unter erhöhtem Druck - derart erhitzt, dass die Temperaturen
unterhalb der Schmelztemperatur der Hauptkomponenten bleiben, so dass die Gestalt
(Form) des Werkstückes erhalten bleibt.
[0005] Zur Herstellung eines Materials, welches zur Fertigung von Permanentmagneten, insbesondere
von Nd-Fe-B (Neodym-Eisen-Bor) Magneten, benötigt wird, ist im Stand der Technik bekannt,
Seltenerdmetall umfassende Legierungen zu einem pulverförmigen Zwischenprodukt, beispielsweise
in Form von Grobpulver oder Feinpulver, zu vermahlen. Zur Herstellung von pulverförmigen
Zwischenprodukten eignen sich in der Regel die herkömmlichen Zerkleinerungstechniken,
beispielsweise Dampfstrahlmühlen oder ähnliches.
[0006] Da die Vorkommen von Seltenerdmetallen begrenzt sind und insbesondere die Gewinnung
derselben sehr teuer ist, gewinnen neben Seltenerdmetall umfassenden Legierungen zur
Herstellung eines Materials für die Fertigung von Seltenerd-Magneten auch Altmagnete
zunehmend an Bedeutung, welche für die Herstellung eines Materials für die Fertigung
von Seltenerd-Magneten wiederverwendet und/oder recycelt werden. Bei den Altmagneten
handelt es sich beispielsweise um Magnete, welche in Motoren oder in Elektroaltgeräten
oder dergleichen eingesetzt wurden und nicht mehr benötigt werden bzw. welche ihre
gewünschten Eigenschaften und/oder ihre gewünschte Leistungsstärke nicht und/oder
nicht mehr vollständig erfüllen. Insofern spricht man bei der Verwendung von Altmagneten
auch von einem Recycling-Material.
[0007] Problematisch ist jedoch, dass bei der Feinmahlung von solchen Seltenerd-Magnetpulvern
mit herkömmlichen Verfahren, beispielsweise in Fließbettstrahlmühlen oder ähnlichen
Mahlanlagen, Pulverteilchen entstehen, die scharfe Ecken und Kanten aufweisen. Diese
scharfen Ecken und Kanten sind aus verschiedensten Gründen in höchstem Maße unerwünscht,
insbesondere deshalb, weil Magnete, die unter Verwendung eines solchen scharfkantigen
Pulvers hergestellt wurden, schlechtere Magnetwerte bzw. geringere magnetische Energiedichten
zeigen, als theoretisch zu erwarten wäre, wenn man bei den Berechnungen die Existenz
von gerundeten Pulverpartikeln, d.h. ohne scharfe Ecken und Kanten, voraussetzt.
Beschreibung
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials
für die Fertigung von Seltenerd-Magneten zur Verfügung zu stellen, durch welches die
in einem pulverförmigen Zwischenprodukt vorhandenen scharfen Ecken und Kanten der
Pulverteilchen zumindest weitgehend auf einfache Art und Weise verringert und/oder
reduziert werden, wodurch ein optimiertes Ausgangsmaterial zur Herstellung von verbesserten
Seltenerd-Magneten bereitgestellt wird. Gleichzeitig soll das Verfahren zur Herstellung
eines pulverförmigen Ausgangsmaterials zur Herstellung von Seltenerd-Magneten selbst
optimiert werden. Weiter ist eine Anlage zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für
die Fertigung von Seltenerd-Magneten vorgesehen, mittels welcher das Verfahren zur
Herstellung eines Ausgangsmaterials für die Herstellung eines Seltenerd-Magneten auf
einfache Art und Weise durchgeführt werden kann und durch die ein optimiertes Ausgangsmaterial
für die Herstellung eines Seltenerd-Magneten bereitgestellt werden kann.
[0009] Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen und
zur Fertigung von Seltenerd-Magneten vorgesehenen Ausgangsmaterials und eine Anlage
zur Herstellung eines pulverförmigen und zur Fertigung von Seltenerd-Magneten vorgesehenen
Ausgangsmaterials gelöst, die die Merkmale in den unabhängigen Patentansprüchen umfassen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
[0010] In einem ersten Schritt wird mindestens ein magnetisches bzw. magnetisierbares Rohmaterial
bereitgestellt. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Seltenerdmetall umfassende
Legierung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann magnetisches Recyclingmaterial
verwendet werden, beispielsweise Altmagneten, welche in Motoren und/oder in Elektroaltgeräte
eingesetzt wurden und dort jeweils für eine weitere Verwendung keinen Nutzen mehr
haben. Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen magnetischen bzw. magnetisierbaren
Rohmaterial bzw. dem Recyclingmaterial um Nd-Fe-B (Neodym-Eisen-Bor) haltige Legierungen
oder Nd-Fe-B (Neodym-Eisen-Bor) Magneten.
[0011] In einem nächsten Schritt erfolgt ein Zerkleinern des bereitgestellten magnetischen
bzw. magnetisierbaren Rohmaterials, wobei aus dem mindestens einen magnetischen bzw.
magnetisierbaren Rohmaterial ein pulverförmiges Zwischenprodukt gebildet wird. Dieses
umfasst Pulverteilchen, die Ecken und Kanten aufweisen. Diese Ecken und Kanten bewirken,
dass Magnete, die aus dem pulverförmigen Zwischenmaterial hergestellt werden, einen
gemessenen Magnetwert bzw. einen gemessenen Wert magnetischer Energiedichte aufweisen,
der deutlich unterhalb eines berechneten, theoretisch zu erwartenden Magnetwertes
liegt.
[0012] Die Zerkleinerung des magnetischen bzw. magnetisierbaren Rohmaterials erfolgt dabei
in einer Art und Weise, dass die dabei gebildeten Pulverteilchen des pulverförmigen
Zwischenproduktes eine Partikelgröße zwischen etwa 2 µm bis 10 µm, vorzugsweise zwischen
3 µm bis 5 µm, aufweisen.
[0013] Die Zerkleinerung erfolgt insbesondere vermittels einer Zerkleinerungseinrichtung,
beispielsweise vermittels herkömmlich bekannter Zerkleinerungstechniken. Eine erste
Grobzerkleinerung zur Herstellung von Grobpulver mit einer Partikelgröße von circa
100 µm bis 300 µm kann beispielsweise durch den Einsatz von mechanischen Zerkleinerungsanlagen
und/oder durch die Verwendung von Wasserstofftechnologie erfolgen. Für die Feinmahlung
bzw. zur Herstellung von Feinpulver mit einer Partikelgröße von circa 0,1 µm bis 20
µm werden Mahlanlagen zur Feinmahlung, wie beispielsweise Fließbettstrahlmühlen oder
ähnliche Mahlanlagen eingesetzt, die insbesondere unter Schutzgas betrieben werden.
Bei dem verwendeten Schutzgas handelt es sich für gewöhnlich um Stickstoff oder Argon.
[0014] In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Pulverteilchen
des pulverförmigen Zwischenproduktes verrundet, d.h. in dem weiteren Schritt werden
die Ecken und Kanten der Pulverteilchen abgerundet und/oder reduziert und/oder weitgehend
abgeschliffen. Die dabei entstehenden verrundeten Pulverteilchen weisen dabei vorzugsweise
im Wesentlichen dieselbe Größe auf wie die kantigen Pulverteilchen des pulverförmigen
Zwischenproduktes, nämlich eine Partikelgröße zwischen etwa 2 µm bis 10 µm, vorzugsweise
zwischen 3 µm bis 5 µm.
[0015] Hierfür umfasst die Anlage eine Schleifvorrichtung, die zum Verrunden der eckigen,
scharfkantigen Pulverteilchen des pulverförmigen Zwischenproduktes ausgebildet ist.
Die Schleifvorrichtung umfasst einen Aufnahmeraum, in den das pulverförmige Zwischenprodukt
eingefüllt wird. Dieses wird nunmehr innerhalb des Aufnahmeraums herumgewirbelt, so
dass die Pulverteilchen aneinander reiben, wodurch die Ecken und Kanten reduziert
und insbesondere abgeschliffen werden. Vorzugsweise erfolgt das Einfüllen in die und
das Behandeln des pulverförmigen Zwischenproduktes innerhalb der Schleifvorrichtung
unter Verwendung eines Schutzgases. Das pulverförmige Zwischenprodukt wird insbesondere
für eine definierte Zeit, beispielsweise zwischen 30 Minuten und zwei Stunden, vorzugsweise
für etwa eine Stunde in der Schleifvorrichtung bearbeitet. Der Aufnahmeraum der Schleifvorrichtung
wird vorzugsweise für den Schleifprozess zu 50% bis 99% mit pulverförmigem Zwischenprodukt
befüllt, insbesondere sollte das pulverförmige Zwischenprodukt mindestens 80% des
Aufnahmeraums ausfüllen. Vorzugsweise wird der restliche Raum innerhalb des Aufnahmeraums
der Schleifvorrichtung durch das verwendete Schutzgas ausgefüllt.
[0016] Als Schleifvorrichtung kann beispielsweise eine herkömmliche Mahlvorrichtung derart
modifiziert werden, dass das pulverförmige Zwischenprodukt einerseits kräftig innerhalb
der modifizierten Mahlvorrichtung herumgewirbelt wird, so dass die Pulverteilchen
aneinander reiben. Andererseits darf bei dem Schleifprozess keine weitere Vermahlung
des pulverförmigen Zwischenproduktes stattfinden, das zu frischen scharfen Bruchkanten
führen würde. Dieser schonende Schleifprozess wird beispielsweise dadurch erreicht,
dass die Schleifvorrichtung / modifizierte Mahlvorrichtung mit einem niedrigen Gasdruck,
insbesondere mit einem Gasdruck zwischen 0,25 bar und 1,00 bar betrieben wird. Der
Gasdruck muss dabei insbesondere derart angepasst werden, dass die Pulverteilchen
des pulverförmigen Zwischenproduktes zwar in der Schleifvorrichtung / modifizierten
Mahlvorrichtung weitgehend frei beweglich sind, wobei jedoch die Energie der Pulverteilchen
für eine weitere Vermahlung nicht ausreicht. Bei der Bewegung der Pulverteilchen in
der Schleifvorrichtung / modifizierten Mahlvorrichtung kommt es zu Reibungseffekten
zwischen den einzelnen Pulverteilchen. Diese Reibungseffekte bewirken, dass die scharfen
Ecken und Kanten des pulverförmigen Zwischenproduktes deutlich abgerundet werden,
wodurch ein optimiertes pulverförmiges Produkt mit verrundeten Pulverteilchen entsteht.
[0017] Dieses optimierte pulverförmige Produkt kann bereits als erstes Ausgangsmaterial
zur Fertigung erster Seltenerd-Magnete verwendet werden. Die unter Verwendung des
ersten Ausgangsmaterials hergestellten ersten Seltenerd-Magnete weisen deutlich bessere
Magnetwerte bzw. höhere magnetische Energiedichten auf als Magnete, die aus dem oben
beschriebenen pulverförmigen Zwischenprodukt gefertigt werden.
[0018] Alternativ ist vorgesehen, dass das optimierte pulverförmige Produkt in einem weiteren
Verfahrensschritt einem Klassierungsprozess unterzogen wird, um die bei der Reibung
der Pulverteilchen innerhalb der Schleifvorrichtung anfallenden Feinstabriebanteile
aus dem optimierten pulverförmigen Produkt zu entfernen. Dabei wird eine Fraktion
gebildet, die nur noch verrundete Pulverteilchen einer Größe zwischen etwa 2 µm bis
10 µm, vorzugsweise zwischen 3 µm bis 5 µm, enthält. Wird diese Fraktion als zweites
Ausgangsmaterial zur Fertigung von zweiten Seltenerd-Magneten verwendet, dann können
Produkte mit weiter verbesserten Magnetwerten bzw. höheren magnetischen Energiedichten
hergestellt werden.
[0019] Als Trenneinrichtung zur Klassierung des optimierten pulverförmigen Produktes in
eine Feinfraktion, umfassend die Feinstabriebanteile, und eine Grobfraktion, umfassend
die aus dem magnetischen bzw. magnetisierbaren Rohmaterial hergestellten gewünschten
verrundeten Pulverteilchen, kann beispielsweise ein dynamischer Sichter oder ein schnell
rotierender Sichter eingesetzt werden.
[0020] Experimentelle Daten zeigen, dass die ersten Seltenerd- Magnete, die unter Verwendung
von verrundeten Pulverteilchen hergestellt wurden, und insbesondere die zweiten Seltenerd-
Magnete, die unter Verwendung von klassierten verrundeten Pulverteilchen hergestellt
wurden, bessere magnetische Eigenschaften aufweisen und insbesondere Magnetwerte bzw.
magnetische Energiedichten zeigen, die näher an die theoretisch berechneten Werte
herankommen.
[0021] Es sei an dieser Stelle ausdrücklich erwähnt, dass alle Aspekte und Ausführungsvarianten,
die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert wurden, gleichermaßen
Teilaspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen oder sein können. Wenn daher
an einer Stelle bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zur erfindungsgemäßen
Vorrichtung von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die
Rede ist, so gilt dies gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren. In umgekehrter
Weise gilt dasselbe, so dass auch alle Aspekte und Ausführungsvarianten, die im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden, gleichermaßen Teilaspekte der
erfindungsgemäßen Vorrichtung betreffen oder sein können. Wenn daher an einer Stelle
bei der Beschreibung oder auch bei den Anspruchsdefinitionen zum erfindungsgemäßen
Verfahren von bestimmten Aspekten und/oder Zusammenhängen und/oder Wirkungen die Rede
ist, so gilt dies gleichermaßen für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Figurenbeschreibung
[0022] Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der
beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente
zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen,
da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert
im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
Figur 1 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines herkömmlich hergestellten
Seltenerd-Magnetpulvers.
Figur 2 zeigt beispielhaft schematisch dargestellte Einzelpartikel eines herkömmlich
hergestellten Seltenerd-Magnetpulvers.
Figur 3 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines optimierten Ausgangsmaterials
zur Herstellung von Seltenerd-Magneten.
Figur 4 zeigt beispielhaft schematisch dargestellte Einzelpartikel des optimierten
Ausgangsmaterials.
Figur 5 zeigt einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung eines optimierten Seltenerd-Magnetpulvers
zur Fertigung von Seltenerd-Magneten, basierend auf mindestens einem magnetischen
bzw. magnetisierbaren Rohmaterial.
Figur 6 zeigt schematisch eine Anlage zur Herstellung eines pulverförmigen und zur
Fertigung von Seltenerd-Magneten vorgesehenen Ausgangsmaterials.
[0023] Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen
verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren
dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die
dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße
Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen
keine abschließende Begrenzung dar.
[0024] Figur 1 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines herkömmlich hergestellten
Seltenerd-Magnetpulvers und Figur 2 zeigt beispielhaft schematisch dargestellte Einzelpartikel
2 eines solchen herkömmlich hergestellten Seltenerd-Magnetpulvers 1. Die Herstellung
des Seltenerd-Magnetpulver 1 erfolgt beispielsweise durch Vermahlen eines entsprechenden
Rohmaterials. Bei dem magnetischen bzw. magnetisierbaren Rohmaterial kann es sich
um Legierungen umfassend ferromagnetische Metalle, beispielsweise Eisen, Nickel, Cobalt,
insbesondere eine Legierung aus Neodym, Eisen und Bor (NdFeB), oder aber um Altmagnete
oder Mischungen aus Seltenerd- Legierungen und Altmagneten handeln. Dabei wird das
magnetische bzw. magnetisierbare Rohmaterial beispielsweise in Fließbettstrahlmühlen
oder ähnlichen Mahlanlagen derart vermahlen, dass ein feines Seltenerd-Magnetpulver
1 entsteht, bei dem die durchschnittliche Partikelgröße (d50-Wert) der Pulverteilchen
2 zwischen 2 µm bis 10 µm, vorzugsweise zwischen 3 µm bis 5 µm liegt.
[0025] Wie in den Figuren 1 und 2 deutlich zu erkennen ist, enthält dieses Seltenerd-Magnetpulver
1 Pulverteilchen 2 mit scharfen Ecken 3 und Kanten 4. Wird dieses herkömmlich hergestellte
Seltenerd-Magnetpulver 1 nunmehr zur Magnetherstellung verwendet, so entstehen Magnete
5 (vergleiche Figur 5), deren Magnetwerte bzw. magnetische Energiedichten deutlich
unterhalb der theoretisch berechneten Werte liegen.
[0026] Figur 3 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines zweiten optimierten
Ausgangsmaterials AM2 zur Herstellung von Seltenerd-Magneten 20 - vergleiche hierzu
auch die Figurenbeschreibung von Figur 5 - und Figur 4 zeigt beispielhaft schematisch
dargestellte Einzelpartikel 12, 12a, 12b des zweiten optimierten Ausgangsmaterials
AM 2.
[0027] Das zweite optimierte Ausgangsmaterial AM2 wird insbesondere durch ein Verfahren
hergestellt, wie es im Zusammenhang mit Figur 5 nachfolgend detailliert beschrieben
wird. Das zweite optimierte Ausgangsmaterial AM2 enthält insbesondere Pulverteilchen
12, die im Vergleich zu den Pulverteilchen 2 des Seltenerd-Magnetpulvers 1 nur eine
deutlich reduzierte Anzahl an abgerundeten Ecken 13 und abgerundeten Kanten 14 aufweisen,
insbesondere angerundete und/oder abgerundete Pulverteilchen 12a bzw. gerundete Pulverteilchen
12b.
[0028] Figur 5 zeigt einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung eines optimierten Ausgangsmaterials
AM1, AM2, insbesondere eines optimierten Seltenerd-Magnetpulvers 10 oder eines durch
zusätzliche Klassierung weiter optimierten Seltenerd-Magnetpulvers, zur Fertigung
von Seltenerd-Magneten 19, 20, basierend auf mindestens einem magnetischen bzw. magnetisierbaren
Rohmaterial M. Figur 6 zeigt schematisch eine Anlage 25 zur Herstellung eines pulverförmigen
und zur Fertigung von Seltenerd-Magneten 20 vorgesehenen Ausgangsmaterials AM2.
[0029] In einem ersten Verfahrensschritt wird mindestens ein magnetisches bzw. magnetisierbares
Rohmaterial M bereitgestellt. Bei dem mindestens einen magnetischen bzw. magnetisierbaren
Rohmaterial M handelt es sich vorzugsweise um Seltenerd-Legierungen und/oder um Altmagnete,
insbesondere um Nd-Fe-B-Legierungen und/oder Nd-Fe-B-Altmagnete.
[0030] In einem nächsten Verfahrensschritt wird das bereitgestellte mindestens eine magnetische
bzw. magnetisierbare Rohmaterial M zerkleinert, wobei aus dem mindestens einen magnetischen
bzw. magnetisierbaren Rohmaterial M ein pulverförmiges Zwischenprodukt ZP, insbesondere
ein Seltenerd-Magnetpulver 1 mit Pulverteilchen 2 mit Ecken 3 und Kanten 4 gemäß den
Figuren 1 und 2 entsteht.
[0031] Die Zerkleinerung erfolgt vermittels einer Zerkleinerungseinrichtung 30, beispielsweise
vermittels herkömmlich bekannter Zerkleinerungstechniken. Eine erste Grobzerkleinerung
zur Herstellung von Grobpulver mit einer Partikelgröße von circa 100 µm bis 300 µm
kann beispielsweise durch den Einsatz von mechanischen Zerkleinerungsanlagen, wie
Mühlen 31 und/oder durch die Verwendung von Wasserstofftechnologie erfolgen. Für die
Feinmahlung bzw. zur Herstellung von Feinpulver mit einer Partikelgröße von circa
0,1 µm bis 20 µm werden Mahlanlagen zur Feinmahlung, wie beispielsweise Fließbettstrahlmühlen
32 oder ähnliche Mahlanlagen eingesetzt, die insbesondere unter Schutzgas S betrieben
werden. Bei dem verwendeten Schutzgas handelt es sich für gewöhnlich um Stickstoff
oder Argon. Ein derartig hergestelltes Seltenerd-Magnetpulver 1 wird beispielsweise
zur Herstellung herkömmlicher Seltenerd- Magnete 5 verwendet. In einem weiteren Verfahrensschritt
wird nunmehr dieses Seltenerd-Magnetpulver 1 unter Schutzgas S in eine Schleifvorrichtung
40 eingefüllt und dann in dieser Schleifvorrichtung 40 unter Schutzgas S eine definierte
Zeitspanne bewegt. Dabei werden die Pulverteilchen 2 des Seltenerd-Magnetpulvers 1
innerhalb der Schleifvorrichtung 40 herumgewirbelt. Vorzugsweise liegt die definierte
Zeitspanne für diesen Verfahrensschritt zwischen 0,5 Stunden und 3 Stunden, insbesondere
bei circa einer Stunde.
[0032] Der Aufnahmeraum der Schleifvorrichtung 40 wird dabei nicht vollständig mit Seltenerd-Magnetpulver
1 befüllt. Vorzugsweise wird der Aufnahmeraum derart befüllt, dass das Seltenerd-Magnetpulver
1 zwischen 50% und 99% des Mahlraums ausfüllt. Insbesondere wird der Aufnahmeraum
derart befüllt, dass das Seltenerd-Magnetpulver 1 mindestens 80% des Aufnahmeraums
ausfüllt. Die restlichen 20% des Mahlraums werden durch Schutzgas S ausgefüllt.
[0033] In der Schleifvorrichtung 40 wird das Seltenerd-Magnetpulver 1 kräftig herumgewirbelt,
wodurch die Ecken 3 und Kanten 4 der Pulverteilchen 2 durch gegenseitige Reibung der
Pulverteilchen 2 untereinander aneinander abgeschliffen werden. Dadurch entsteht ein
optimiertes Seltenerd-Magnetpulver 10 mit verrundeten Pulverteilchen 12 gemäß Figuren
3 und 4. In der Schleifvorrichtung 40 erfolgt insbesondere keine weitere Vermahlung
des Seltenerd-Magnetpulvers 1, so dass keine frischen scharfen Ecken 3 und Bruchkanten
4 entstehen können.
[0034] Die Schleifvorrichtung 40 wird vorzugsweise mit einem geringen Gasdruck betrieben,
beispielsweise mit einem Gasdruck zwischen 0,25 bar und 1,00 bar. Der Gasdruck muss
dabei jeweils so angepasst werden, dass das Zwischenprodukt ZP beziehungsweise Seltenerd-Magnetpulver
1 zwar in der Schleifvorrichtung 40 herumgewirbelt werden kann, so dass die Pulverteilchen
2 aneinander reiben, wodurch die Ecken 3 und Kanten 4 abgerieben und verrundete Pulverteilchen
12 gemäß Figuren 3 und 4 gebildet werden. Die Energie der Pulverteilchen 2 und 12
darf dabei jedoch nicht für eine weitere Vermahlung ausreichen. Vorzugsweise wird
das herkömmlich hergestellte Seltenerd-Magnetpulver 1 so lange in der Schleifvorrichtung
40 behandelt, bis weitgehend nur noch gerundete Pulverteilchen 12b gemäß Figur 4 vorhanden
sind.
[0035] Durch das Verrunden entsteht ein optimiertes Seltenerd-Magnetpulver 10, das nunmehr
bereits als erstes Ausgangsmaterial AM1 für die Herstellung von ersten optimierten
Seltenerd-Magneten 19 verwendet werden kann. Das optimierte Seltenerd-Magnetpulver
10 enthält neben den verrundeten Pulverteilchen 12 - vergleiche auch Figuren 3 und
4 - jedoch noch Feinstabriebanteile F, die insbesondere den Abrieb der Ecken 3 und
Kanten 4 der Pulverteilchen 2 des Seltenerd-Magnetpulvers 1 darstellen. In einem optionalen
Verfahrensschritt werden diese Feinstabriebanteile F entfernt, um ein weiter optimiertes
zweites Ausgangsmaterial AM2 für die Herstellung von zweiten weiter optimierten Seltenerd-Magneten
20 herzustellen. Vorzugsweise werden die Feinstabriebanteile F entfernt, indem das
erste optimierte Seltenerd-Magnetpulver 10 nachfolgend in einer Trenneinrichtung 50,
beispielsweise einem schnell rotierenden, dynamischen Sichter 51, klassiert wird,
so dass das zweite Ausgangsmaterial AM2 für die Herstellung von zweiten weiter optimierten
Seltenerd-Magneten 20 nur noch verrundete Pulverteilchen 12 enthält.
[0036] Es konnte experimentell nachgewiesen werden, dass erste optimierte Seltenerd- Magnete
19 und insbesondere zweite weiter optimierte Seltenerd- Magnete 20 Magnetwerte bzw.
magnetische Energiedichten aufweisen, die höher sind als die Magnetwerte bzw. magnetische
Energiedichten von Seltenerd-Magneten 5, die aus einem herkömmlich hergestellten Seltenerd-
Magnetpulver 1 gefertigt werden. Insbesondere weisen die zweiten Seltenerd-Magnete
20 aus einem zweiten optimierten Ausgangsmaterial AM2 einen Magnetwert bzw. einen
Wert der magnetischen Energiedichte auf, der sich deutlich an einen theoretisch berechneten
optimalen Wert annähert.
[0037] Die Ausführungsformen, Beispiele und Varianten der vorhergehenden Absätze, die Ansprüche
und die Figuren, einschließlich ihrer verschiedenen Ansichten oder jeweiligen individuellen
Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination verwendet werden.
Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, sind für
alle Ausführungsformen anwendbar, sofern die Merkmale nicht unvereinbar sind.
[0038] Wenn auch im Zusammenhang der Figuren generell von "schematischen" Darstellungen
und Ansichten die Rede ist, so ist damit keineswegs gemeint, dass die Figurendarstellungen
und deren Beschreibung hinsichtlich der Offenbarung der Erfindung von untergeordneter
Bedeutung sein sollen. Der Fachmann ist durchaus in der Lage, aus den schematisch
und abstrakt gezeichneten Darstellungen genug an Informationen zu entnehmen, die ihm
das Verständnis der Erfindung erleichtern, ohne dass er etwa aus den gezeichneten
und möglicherweise nicht exakt maßstabsgerechten Größenverhältnissen der Pulverteilchen
oder anderer gezeichneter Elemente in irgendeiner Weise in seinem Verständnis beeinträchtigt
wäre. Die Figuren ermöglichen es dem Fachmann als Leser somit, anhand der konkreter
erläuterten Umsetzungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der konkreter erläuterten
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein besseres Verständnis für den
in den Ansprüchen sowie im allgemeinen Teil der Beschreibung allgemeiner und/oder
abstrakter formulierten Erfindungsgedanken abzuleiten.
[0039] Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben.
Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der
Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche
zu verlassen.
Bezuaszeichenliste
[0040]
- 1
- Seltenerd-Magnetpulver
- 2
- Pulverteilchen
- 3
- Ecke
- 4
- Kante / Bruchkante
- 5
- herkömmlicher Seltenerd-Magnet
- 10
- optimiertes Seltenerd-Magnetpulver
- 12
- Pulverteilchen
- 12a
- angerundete und/oder abgerundete Pulverteilchen
- 12b
- gerundete Pulverteilchen
- 13
- abgerundete Ecke
- 14
- abgerundete Kante
- 19
- optimierter Seltenerd- Magnet
- 20
- weiter optimierter Seltenerd- Magnet
- 25
- Anlage
- 30
- Zerkleinerungseinrichtung
- 31
- Mühle
- 32
- Fließbettstrahlmühle
- 40
- Schleifvorrichtung
- 50
- Trenneinrichtung
- 51
- Sichter
- AM1, AM2
- Ausgangsmaterial
- F
- Feinstabriebanteile
- M
- magnetisches bzw. magnetisierbares Rohmaterial
- S
- Schutzgas
- ZP
- Zwischenprodukt
1. Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen und zur Fertigung von Seltenerd-Magneten
vorgesehenen Ausgangsmaterials (AM1, AM2), umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen mindestens eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Rohmaterials (M);
- Zerkleinern des bereitgestellten mindestens einen magnetischen bzw. magnetisierbaren
Rohmaterials (M), wobei aus dem mindestens einen magnetischen bzw. magnetisierbaren
Rohmaterial (M) ein pulverförmiges Zwischenprodukt (ZP) entsteht, wobei die Pulverteilchen
(2) des pulverförmiges Zwischenproduktes (ZP) Ecken (3) und/oder Kanten (4) aufweisen;
- Verrunden der Pulverteilchen (2) des pulverförmigen Zwischenproduktes (ZP) unter
Ausbildung eines mit verrundeten Pulverteilchen (12) versehenen pulverförmigen Produktes
(10);
- Verwendung des optimierten pulverförmigen Produktes (10) als erstes Ausgangsmaterial
(AM1) zur Fertigung von ersten Seltenerd-Magneten (19) oder
- Klassieren des optimierten pulverförmigen Produktes (10), wobei beim Verrunden entstandene
Feinstabriebanteile (F) entfernt werden und Verwendung der nach dem Klassieren die
verrundeten Pulverteilchen (12) umfassende Fraktion als zweites Ausgangsmaterial (AM2)
zur Fertigung von zweiten Seltenerd-Magneten (20).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Verrunden der Pulverteilchen (2) des pulverförmigen
Zwischenproduktes (ZP) die Ecken (3) und Kanten (4) derselben abgeschliffen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schleifprozess vermittels einer Schleifvorrichtung
(40) vorgenommen wird, in der die Pulverteilchen (2) des pulverförmigen Zwischenproduktes
(ZP) derart bewegt werden, dass die Pulverteilchen (2) des pulverförmigen Zwischenproduktes
(ZP) aneinander reiben.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Schleifprozess unter Verwendung
eines Schutzgases (S) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Schleifvorrichtung (40) einen Aufnahmeraum umfasst,
in den die Pulverteilchen (2) des pulverförmigen Zwischenproduktes (ZP) eingefüllt
und derart bewegt werden, dass sie aneinander reiben, wobei der Aufnahmeraum zwischen
50% bis 99% mit pulverförmigem Zwischenprodukt (ZP) befüllt ist, insbesondere wobei
das pulverförmige Zwischenprodukt (ZP) mindestens 80% des Aufnahmeraums ausfüllt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der restliche Raum innerhalb des Aufnahmeraums durch
Schutzgas (S) ausgefüllt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verrunden der Pulverteilchen
(2) des pulverförmigen Zwischenproduktes (ZP) bei einem niedrigen Gasdruck durchgeführt
wird, insbesondere bei einem Gasdruck zwischen 0,25 bar und 1,00 bar.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die unter Verwendung des optimierten pulverförmigen
Produktes (10) hergestellten ersten Seltenerd-Magnete (19) im Vergleich zu Seltenerd-Magneten
(5), die vermittels eines herkömmlich verwendeten Zerkleinerungsmaterials hergestellt
werden, insbesondere unter Verwendung eines pulverförmigen Zwischenproduktes (ZP),
einen erhöhten Magnetwert bzw. einer höhere magnetische Energiedichte aufweisen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die unter Verwendung der nach dem Klassieren die
verrundeten Pulverteilchen (12) umfassenden Fraktion hergestellten zweiten Seltenerd-
Magnete (20) im Vergleich zu Seltenerd-Magneten (5), die vermittels eines herkömmlich
verwendeten Zerkleinerungsmaterials hergestellt werden, insbesondere unter Verwendung
eines pulverförmigen Zwischenproduktes (ZP), einen erhöhten Magnetwert bzw. einer
höhere magnetische Energiedichte aufweisen.
10. Anlage (25) zur Herstellung eines pulverförmigen und zur Fertigung von Seltenerd-Magneten
vorgesehenen Ausgangsmaterials (AM1, AM2), insbesondere nach einem Verfahren gemäß
Anspruch 1, umfassend
- mindestens eine Zerkleinerungseinrichtung (30) zur Herstellung eines pulverförmigen
Zwischenproduktes (ZP) durch Zerkleinern eines bereitgestellten magnetischen bzw.
magnetisierbaren Rohmaterials (M), wobei das pulverförmige Zwischenprodukt (ZP) Pulverteilchen
(2) mit Ecken (3) und/oder Kanten (4) umfasst; und
- eine Schleifvorrichtung (40), die zum Verrunden der Pulverteilchen (2) des pulverförmigen
Zwischenproduktes (ZP) ausgebildet ist, wobei ein erstes Ausgangsmaterial (AM1) in
Form eines optimierten pulverförmigen Produktes (10) mit verrundeten Pulverteilchen
(12) zur Fertigung von ersten Seltenerd-Magneten (20) generierbar ist.
11. Anlage (25) nach Anspruch 10, weiterhin umfassend eine Trenneinrichtung (50), welche
zur Klassierung des optimierten pulverförmigen Produktes (10) in eine Feinpulverfraktion
und eine Grobpulverfraktion ausgebildet ist, wobei die Grobpulverfraktion die in der
Schleifvorrichtung (40) ausgebildeten verrundeten Pulverteilchen (12) umfasst, wodurch
ein weiter optimiertes zweites Ausgangsmaterial (AM2) zur Fertigung von zweiten Seltenerd-Magneten
(20) generierbar ist.
12. Anlage (25) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Schleifvorrichtung (40) mit einem
Gasdruck, insbesondere mit einem Gasdruck zwischen 0,25 bar und 1,00 bar betreibbar
ist.