ET4-17 – Magnetisches Feld – Permanentmagnet [Formen, Unterscheidung, Verwendung]

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Inhaltsverzeichnis:

In diesem Kurstext erfährst du alles Wissenswerte rund um das Thema Permanentmagnet. In Anschließenden Kurstext erfährst du dann alle relevanten Infos zu den Elektromagneten.

Für ein optimales Verständnis helfen dir in diesem Kursabschnitt drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET5-Magnetische Felder

 

Merk’s dir!

“Unter Permanentmagneten versteht man Magneten, die irgendwann magnetisiert wurden und seitdem ihren Magnetismus nicht verloren haben.”

 

Dauermagnet - Permanentmagnet
Dauermagnet – Permanentmagnet

 

Permanentmagneten – Grundlegendes

Unter Permanentmagneten versteht man Magneten, die irgendwann magnetisiert wurden und seitdem ihren Magnetismus nicht verloren haben.

Alternativ bezeichnet man Permanentmagneten auch als Dauermagneten.

Ihre Stärke kann je nach Typ variieren, erreicht jedoch nicht die Stärke von Elektromagneten.

 

Merk’s dir!

Ein Dauermagnet ist ein Magnet aus einem hartmagnetischen Material. Dieses Material besitzt ein gleichbleibendes Magnetfeld, ohne dass es wie beim Elektromagneten durch eine elektrische Leistung erzeugt werden muss.

 

Jeder Dauermagnet hat an seiner Oberfläche mindestens einen Nordpol und einen Südpol. Die Anzahl kann aber auch höher sein, dabei müssen aber immer Paare aus Nord- und Südpol vorliegen.

 

Permanentmagneten – Material | Beispiele

Dauermagneten kommen in der Natur infolge von kosmischen Einstrahlungen vor oder können künstlich vom Menschen erzeugt werden.

Lange ist es her…

Im Jahre 1750 gelang es dem englischen Physiker John Canton als ersten Wissenschaftler seiner Zeit einen künstlichen Dauermagneten aus einem hartmagnetischen Material zu erzeugen.

 

Permanentmagnet - Dauermagnet
Permanentmagnet – Dauermagnet

 

Zu den Materialien aus denen sich Magnete herstellen lassen, zählen:

  • Stahl

sowie

  • Aluminium-Nickel-Kobalt

sowie

  • Bismanol

sowie

  • Ferrite

sowie

  • Seltene Erden

sowie

  • Kunststoffe

 

Permanentmagnet aus Stahl

In der Vergangenheit wurden Magnete aus Stahl hergestellt.

Beispiel: Hufeisenmagnet!

Ein bekanntes Beispiel ist der Hufeisenmagnet, der einem in Comics immer wieder begegnet.

 

Hufeisenmagnet aus Stahl in Comics
Hufeisenmagnet aus Stahl in Comics

 

Leider hat Stahl den Nachteil, dass es sich schnell entmagnetisieren lässt und selbst im magnetisierten Zustand sehr schwach wirkt.

 

Das wollte ich gar nicht…. versehentlich magnetisiert!

Gelegentlich wird Stahl, besonders Werkzeugstahl auch unbewusst magnetisiert, infolge einer mechanischen Umformung. Das deutet dann zudem daraufhin, dass hier die Plastische Verformung eine mechanische Überlastung verursacht hat.

 

Permanentmagnet aus Aluminium-Nickel-Cobalt

AlNiCo-Magnete setzen sich aus Eisenlegierungen zusammen. Darin enthalten sind die Hauptlegierungselemente Aluminium (Al), Nickel (Ni) sowie (Co) Kobalt.

Man kann dieses Material für den Einsatz bis 500°C nutzen, wobei die Energiedichte und die Koerzitivfeldstärke gering ausfällt, was dieses Material wieder unattraktiv macht.

Jedoch muss erwähnt werden, dass dieses Material aufgrund der verwendeten Legierungselemente korrosionsbeständig, zerbrechlich, aber auch hart ist.

Die Remanenz, also der Magnetismus, ist höher als bei Ferritmagneten.

Herstellen lässt sich diese Magnetform für pulvermetallurgische Verfahren wie das Sintern.

 

Permanentmagnet aus Bismanol

Das Material Bismanol wurde früher für Magneten eingesetzt und ist eine Legierung.

Diese setzt sich aus Bismut, Eisen und Mangan zusammen und ist heute nicht mehr gängig.

 

Permanentmagnet aus Ferriten

Dauermagnete aus Ferriten haben einen besonderen Vorteil – Sie sind billig!

Trotz ihrer Schwäche im Vergleich zu anderen Magneten aus anderen Materialien und eine maximalen Belastbarkeit bis 250 °C lassen sie sich als einfache Haftmagnete oder Feldmagnete von Motoren der Gleichstromtechnik sowie elektrodynamischen Lautsprechern einsetzen.

 

Permanentmagneten aus seltenen Erden | SeltenerdenMagnet

Magneten aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) haben gegenüber Dauermagneten aus Ferriten den Vorteil, dass sie neben dem Faktor „kostengünstig“ auch besonders stark sind.

Jedoch ist deren Einsatzbereich durch eine obere Verwendungstemperatur von 120°C begrenzt. Selbst neueste Entwicklungen hinsichtlich der Verträglichkeit erlauben nur Temperaturen bis 200 C°

Wenn man nicht auf das Geld schaut, dann empfiehlt sich ein Dauermagnet aus Samarium-Kobalt (SmCo). Der Eisenanteil liegt bei einem Viertel-fünftel des Gesamtanteils.

Die Energiedichte ist hoch und auch die Einsatztemperatur liegt oberhalb der Temperaturen anderer Dauermagnetarten.

 

Permanentmagnete aus Kunststoff

Gegenüber den metallischen Magneten stellen Permanentmagneten aus Kunststoff eine Sonderform dar.

Denn sie sind nicht metallisch, haben einen organischen Aufbau aus Kunststoffen, die permanentmagnetische Eigenschaften besitzen.

Hier ist das Material PANiCNQ zu nennen. Dieses hat bei einer Temperatur von 20°C (Raumtemperatur) ferromagnetische Eigenschaften.

Dies schränkt jedoch ein Einsatzzweck erheblich ein.

 

Permanentmagnete Herstellung

“Permanentmagnete werden innerhalb eines starken magnetischen Feldes aus einem kristallinen Pulver zuerst in Form gepresst und anschließend gesintert.”

Das passiert…

Das vorliegende Magnetfeld bewirkt, dass sich die Kristalle im inneren des kristallinen Grünlings (Pressling) so ausrichten, wie die Richtung der magnetischen Feldlinien.  Sie liegen also zu diesem Zeitpunkt innerhalb ihrer Magnetisierungsachse. Der Pressling ist nun ein Permanentmagnet.

 

Für einen weiteren Einsatz unter mechanischen Einflüssen und Beanspruchungen eignet sich der Pressling überhaupt nicht, weshalb er gesintert werden muss.

Der Sintervorgang jedoch sorgt dafür, dass die gewonnene Magnetisierung durch die Temperaturen von mehr als 1000 °C wieder verloren geht.

 

Warum das ganze…?

Also im Endeffekt nichts gewonnen? – Doch. Denn sobald das Sinterteil abgekühlt ist, kann der Magnetismus, aufgrund der bereits vorhandenen Ausrichtung (parallel) der Elementarströme  durch einen starken Magnetisierungsimpuls wiederhergestellt werden.

 

Permanentmagnet – Verwendung |Verwendungszwecke | Beispiele

Trotz ihrer vergleichsweisen geringen Leistung, im Gegensatz zu Elektromagneten, erfreuen sich Permanentmagneten hoher Beliebtheit. Entsprechend vielfältig ist die Verwendung. Nachfolgend findest du einige Beispiele unterteilt nach Bereichen.

 

Dauermagnete in der Elektronik

  • Feldmagnete (zwei Magnetringe) für Mikrowellen 

sowie

  • Korrekturmagnete für Bildröhren

sowie

  • Ablenkmagnete in Teilchenbeschleunigern

sowie

  • Fokussierungsmagnete ebenfalls in Teilchenbeschleunigern

sowie

  • Feldmagnete in Zirkulatoren für Höchstfrequenzmessgeräte

 

Dauermagnete in der Mechanik

  • Haftmagnete zum Heben von Lasten

sowie

  • Dauermagnete in Lagerungen von Bauteilen

sowie

  • Dauermagnete in magnetischen Verschlüssen für Handtaschen oder Möbeltüren

sowie

  • Dauermagnete in Magnetrührern zum Durchrühren von Flüssigkeiten in Laborgefäßen

 

Dauermagnete in der Elektromechanik

  • Dauermagnet in Permanentmagnetgenerator für Windkraftanlagen.

sowie

  • Dauermagnet in Permanentmagnetmotor für Kühler-Ventilatoren in KFZ

sowie

  • Feldmagnete in Lautsprechern

sowie

  • Dauermagnete in Elektromotoren

sowie

  • Dauermagnete in Fahrraddynamo

 

Ordentliche Vielfalt…

Du siehst es gibt sehr viele Bereiche in denen Dauermagneten eingesetzt werden. 

 

Was kommt als Nächstes?

Im kommenden Kurstext erfährst du alle relevanten Informationen zu Elektromagneten

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