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Magnetismus und Magnete

Magnetismus und Magnete

Ein Magnet ist ein Objekt, das andere aus bestimmten Materialien bestehende Gegenstände durch seinen Magnetismus anzieht oder abstößt. Die magnetische Eigenschaft dieses Objekts kann dabei auf den anderen Gegenstand übertragen werden, d.h. er wird magnetisiert.

Grundsätzlich muss zwischen Elektromagneten und Dauermagneten (auch als Permanentmagnet bezeichnet) unterschieden werden. Die Wirkung von Elektromagneten beruht auf der Tatsache, dass ein stromdurchflossener Leiter von einem Magnetfeld umgeben ist. Im Folgenden soll aber nur auf die Permanent Magnete näher eingegangen werden.

Auch die magnetische Wirkung von Permanent Magneten basiert auf einer Eigenschaft der Elektronen, und zwar dem so genannten Elektronenspin. Es gibt 4 Arten des Magnetismus, aber nur der Ferromagnetismus ist in seiner Wirkung im Alltag spürbar.

Normalerweise hat der Elektronenspin keine Vorzugsausrichtung. Wird ein ferromagnetscher Stoff, wie Eisen, Nickel oder Kobalt jedoch magnetisiert, richtet sich der Elektronenspin innerhalb der so genannten Weißschen Bezirke in Richtung des Magnetfeldes aus. Bei Dauermagneten (Permanent Magneten) bleibt die Ausrichtung nach Abschalten des Magnetfeldes mehr oder weniger stark erhalten.

Weiter führende Informationen finden Sie über die nachfolgend angegebenen Links. BR Technik Kontor kann für die Richtigkeit der Inhalte der Seiten, auf die im Folgenden verwiesen wird, keine Garantie übernehmen.

Magnetwerkstoffe

Die wichtigsten Magnetwerkstoffe sind:

Neben den erwähnten Magneten gibt es noch kunststoffgebundene Magnete auf Basis von NdFeB, SmCo oder Ferrit. Die flexiblen Varianten werden in Form von Platten, Folien oder Profilen vor Allem aus Ferrit, aber auch NdFeB hergestellt. Feste Magnete werden mittels einer Form durch Spritzverfahren gewonnen. Da die so gewonnen Magnete im Allgemeinen isotrop sind (s. nachfolgendes Kapitel), können sie in beliebiger Richtung magnetisiert werden.

NdFeB-Magnete

NdFeB-Magnete sind die zurzeit stärksten Dauermagnete. Die Standardvarianten können bis 80°C eingesetzt werden. Es sind aber auch Varianten für mehr als 200°C verfügbar. Da das Neodym-Material an der Luft korrodiert, werden Neodym-Magnete fast immer mit einer schützenden Beschichtung (meist Nickel) versehen.

Seit Mitte der 80er-Jahre sind Magnete auf der Basis von Neodym (Neodym Magnete) am Markt verfügbar. Dabei handelt es sich um ein Metall aus der Gruppe der Lanthanoiden und damit der "Seltenen Erden" mit der Ordnungszahl 60. Das Metall ist silbrig glänzend und oxidiert relativ leicht. Es kommt in der Natur niemals rein, sondern zusammen mit anderen Lanthanoiden in Mineralien, wie Monazit und Bastnäsit vor. Die Abtrennung erfolgt in einem aufwändigen chemisch-physikalischen Verfahren. Der weitaus größte Teil des weltweit gewonnenen Neodyms kommt aus China. Die Hauptanwendung ist die Herstellung starker Magnete.
Weitere Anwendungsgebiete von Neodym bzw. Neodym-Verbindungen sind:

  • Färben von Emaille (Neodymsalze)
  • Blaue Porzellanfarbe
  • Färben von Glas in den Tönen violett bis weinrot und grau
    Die Gläser werden wegen besonders scharfer Absorptionsbanden in der Astronomie zum Kalibrieren eingesetzt.
  • UV-Schutzglas
  • Entfärben von eisenhaltigem Glas
  • Wichtiger Bestandteil von Neodym-YAG-Lasern
  • Bestandteil von Feuersteinen
  • Bestandteil von Kondensator-Dielektrika
Außer Neodym enthalten NdFeB-Magnete Eisen und Bor (NdFeB, genauer: Nd2Fe14B). Eisen und Bor kommen nur zu ein bis zwei Prozent in der Zusammensetzung des Magneten vor. Trotz seines geringen Anteils ist das Bor ein entscheidender Faktor für die Kristallstruktur der Magnete. Die aktuell stärksten verfügbaren Dauermagnete werden durch Sintern von fein gemahlenem Pulver der Grundbestandteile unter Einwirkung eines Magnetfeldes hergestellt. Die Herstellung der NdFeB-Magnete erfolgt in mehreren Schritten: mahlen, sintern, maschinell bearbeiten, beschichten und magnetisieren. Beim Sintern wird das fein gemahlene und vermischte Pulver erhitzt und unter hohem Druck miteinander verbunden. Dies geschieht unter Magnetfeldeinwirkung, damit die magnetischen Elementarteilchen bereits vororientiert werden.

Für NdFeB-Magnete gibt es vielfältige Anwendungen in der Medizintechnik (Kernspin-Tomographen), beim Bau von Elektromotoren und -generatoren, in Festplatten, in hochwertigen Lautprechern, Kopfhörern und Mikrofonen, in der Werkstatt zum Fixieren von Werkstücken und Gegenständen sowie in Büro und Haushalt. Neben den praktischen Anwendungen können die Neodym-Magnete auch zum Spielen, Experimentieren und zum Kreieren dekorativer Objekte eingesetzt werden.

Bei größeren Magneten müssen zur Vermeidung von Verletzungen und Sachschäden unbedingt die Sicherheitshinweise beachtet werden.

Neodym Magnete bilden leicht eine dünne Korrosionsschicht. Daher werden sie meistens mit einer schützenden Beschichtung angeboten. Am gebräuchlichsten ist Nickel. Eine Übersicht über die verfügbaren Beschichtungen finden Sie weiter unten auf dieser Seite.

Informationen über Neodym und Neodym Magnete:

Ferrit-Magnete

Ferrit (genauer: Hartferrit) ist das preisgünstigste Magnetmaterial. Ferritmagnete sind deutlich schwächer als Neodym-Magnete gleicher Größe. Ferrit ist weitgehend korrosionsfest. Ferritmagnete können bis 250°C eingesetzt werden.

Ein Ferrit-Magnet besteht aus einem Keramik-ähnlichen Material und wird aus Eisenoxid und Barium- oder Strontium-Carbonat hergestellt. Diese Magnetform gehört zu den Dauer- beziehungsweise Permanentmagneten und erfreut sich aufgrund des günstigen Preises weltweit größter Beliebtheit. Wie auch die anderen Magnetformen wird ein Ferrit-Magnet isotrop oder anisotrop hergestellt. Anisotrope Magnete werden bei der Herstellung, dem Sintern, durch Anlegen eines externen Magnetfeldes vororientiert und können anschließend nur in dieser Richtung, dafür jedoch stärker magnetisiert werden. Ein Ferrit-Magnet ist spröde und brüchig und kann nur durch Schleifen bearbeitet werden. Ferritmagnete sind sehr widerstandsfähig gegen Korrosion und bei Betriebstemperaturen von -40 °C bis +250 °C einsetzbar. Ein Ferrit-Magnet besteht genauer gesagt aus Hartferrit. Aus dem weichmagnetischen Weichferrit können keine Permanentmagnete hergestellt werden. Der Ferrit-Magnet hat in den vergangenen Jahrzehnten den AlNiCo-Magneten in den meisten Bereichen verdrängt. Die teureren SmCo- und NdFeB-Magnete besetzen jedoch weiterhin die Anwendungsbereiche, in denen besonders starke Magnete benötigt werden.

Ferritmagnete finden in vielen Bereichen Anwendung. Ein Ferrit-Magnet kann in verschiedenartigen Motoren eingesetzt werden, in Generatoren, in Lautsprechern und Mikrofonen. Magnete aus Hartferrit finden sich jedoch auch in der Computerperipherie und im Automotive-Bereich wieder. Fragen Sie uns, wenn wir Ihnen bei der Auswahl des passenden Magneten behilflich sein können. Wir stehen zu Ihrer Verfügung.

Ferrit-Magnete sind Dauermagnete, die in zwei Hauptkategorien unterteilt werden. Isotrope Ferrit-Magnete stellen die schwächere Form dieses Magnettyps dar, die mithilfe einer Pressung trocken hergestellt werden. Diese "trockenen" Ferrit-Magnete haben wiederum den Vorteil, dass sie anschließend in jeder Richtung magnetisiert werden können. Anisotrope Ferrit-Magnete, die stärkere Variante, werden dagegen in einer Spritzform nass hergestellt. Hier bekommt das Material durch den Einfluss eines angelegten Magnetfelds eine vorgegebene Vorzugsrichtung. Ferrit-Magnete sind generell beständig gegen Korrosion, flexibel einsetzbar und aufgrund der gegebenen Leistungsmerkmale weltweit beliebt. Ein Ferritmagnet gehört letztlich zu den Klassikern, die man unter anderem von einer Magnettafel kennt.

Samarium-Cobalt-Magnete

Samarium-Cobalt-Magnete (auch Samarium-Kobalt) waren lange Zeit die stärksten Permanentmagnete, bis die NdFeB-Magnete aufkamen. Sie sind relativ teuer. Es gibt 2 Unterarten der SmCo-Magnete: SmCo5 und Sm2Co17. In der Regel wird nur noch Sm2Co17 verwendet, da dessen Eigenschaften besser sind und der Anteil an teuren Seltenen Erden (zum Beispiel Samarium) geringer ist. Vorteile sind die weitgehende Korrosionsfestigkeit und die Temperaturfestigkeit bis 250°C bzw. 350°C.

AlNiCo-Magnete

AlNiCo-Magnete liegen in der Magnetkraft zwischen Ferrit und SmCo. AlNiCo ist der älteste der aufgeführten Magnetwerkstoffe. Die Magnete verfügen über eine hohe Korrisionsbeständigkeit. Wegen Ihrer hohen Temperaturbeständigkeit bis über 500°C werden AlNiCo-Magnete in Hochtemperaturanwendungen immer noch häufig eingesetzt. Ein AlNiCo-Magnet hat jedoch einen Nachteil: die niedrige Koerzitivfeldstärke. Dadurch kann die Magnetisierung von AlNiCo-Magneten durch externe Magnetfelder leicht geschwächt oder gelöscht werden. AlNiCo-Magnete werden gegossen oder gesintert. In der Regel werden jedoch gegossene Magnete verwendet.

Isotrope und Anisotrope Werkstoffe

Bei den Magnetwerkstoffe können isotrope und anisotrope Werkstoffe unterschieden werden. Zur Herstellung anisotroper Magnete werden die Elementarmagnete des Rohmagnetblocks beim Gießen oder (Sintern und) Pressen durch ein angelegtes Magnetfeld in der zukünftigen Magnetisierungsrichtung vorausgerichtet. Isotrope Magnete können in jeder Richtung magnetisiert werden. Sie sind in der Regel schwächer als die anisotropen Varianten.

Gesinterte Neodym- und Samarium-Cobalt-Magnete sind immer anisotrop. Bei Ferrit gibt es neben den meistens eingesetzten anisotropen auch isotrope Varianten. Das gleiche gilt für AlNiCo.

Beschichtungen

Beschichtungen bieten je nach Anforderung Schutz gegen Korrosion oder verschiedene aggressive Medien.

Oberfläche Schichtaufbau Dicke/μm Farbe Widerstandsfähigkeit
Passivierung - 1 silbergrau vorübergehender Schutz
Nickel Ni+Ni
Ni+Cu+Ni
10 ... 20 silberfarben sehr gut gegen Feuchtigkeit
Zink Zn
C-Zn
8 ... 20 blau schimmernd
farbig schillernd
gut gegen Salznebel
sehr gut gegen Salznebel
Zinn Ni+Cu+Sn 15 ... 20 silberfarben ausgezeichnet gegen Feuchtigkeit
Gold Ni+Cu+Au 10 ... 20 goldfarben ausgezeichnet gegen Feuchtigkeit
Kupfer Ni+Cu 10 ... 20 kupferfarben vorübergehender Schutz
Epoxidharz Epoxidharz
Ni+Cu+Epoxidharz
Zn+Epoxidharz
15 ... 25 schwarz, weiß, rot, grau sehr gut gegen Feuchtigkeit und Salznebel
Chemisch Ni 10 ... 20 silbergrau sehr gut gegen Feuchtigkeit und Salznebel
Parylene Parylene 5 ... 20 grau sehr gut gegen Feuchtigkeit und Salznebel,
ausgezeichnet gegen Lösungsmittel,
Gase, Säuren und Bakterien

Haftkraft

Die in den Produktbeschreibungen angegebene Haftkraft dient zur Veranschaulichung der Stärke des Magneten. Die Haftkraft hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere der geometrischen Form und Größe des Magneten, der Magnetisierungsrichtung und der Energiedichte, einer magnetischen Werkstoffeigenschaft. Lesen Sie hierzu auch die Informationen über Magnetische Kennzahlen.

Die Angaben erfolgen in der offiziellen Krafteinheit Newton (N). 1 N entspricht 0,102 kp oder dem Gewicht einer Masse von 0,102 kg. Der kg-Wert wird bei den Angaben zur Haftkraft jeweils zur Verdeutlichung in Klammern mit angezeigt.

Verfahren zur Bestimmung der Haftkraft

Die in den Produktbeschreibungen genannten Werte zur Haftkraft beruhen zurzeit auf eigener Berechnung oder aber auf Angaben der Hersteller. Diese wurden im Allgemeinen durch Zugversuche an einer 10 mm starken plan geschliffenen Stahlplatte ermittelt. Dabei wird immer einer der Magnetpole mit der Platte in Kontakt gebracht.

Die Werte werden nach und nach von uns selbst durch Messung verifiziert und die Produktbeschreibungen ggf. korrigiert. Wir erwarten durchweg etwas höhere Werte, als zurzeit angegeben. Durch eigene Messung bestimmte Werte erhalten den Zusatz (gemessen).

Einige Anbieter von Neodym-Magneten definieren die Haftkraft über Zugversuche, bei denen sich der Magnet zwischen zwei großen und sehr dicken Stahlplatten befindet. Man kommt auf diese Weise zu höheren Werten für die Haftkraft, weil ein größerer Anteil des Magnetfeldes durch Eisen verläuft. Der so ermittelte Wert kann je nach Bauform des Magneten, insbesondere bei sehr flachen Bauformen, ein Vielfaches des nach unserer Methode ermittelten Wertes betragen. Wir finden jedoch, dass diese Messmethode weniger mit praktischen Anwendungsfällen zu tun hat als unsere Methode. Außerdem ist sie nicht bei allen Bauformen und Magnetisierungsarten anwendbar.

Gründe für eine geringere Haftkraft

Die Haftkraft wird in der Praxis durch folgende Einflüsse beeinträchtigt:

  • Bei verschiedenen Stahlsorten oder anderen Haftuntergründen kann die Haftkraft niedriger ausfallen.

  • Je nach Größe des Magneten spielt die Dicke der Platte bzw. des Haftuntergrunds eine Rolle. Bei sehr kleinen Magneten wird zwischen z.B. 0,5 mm und 10 mm Materialstärke kaum ein Unterschied zu messen sein, wohl aber bei größeren Magneten.

  • An einem Gegenstand mit unebener oder rauher Oberfläche ist die Haftkraft geringer.

  • Lack oder andere Beschichtungen reduzieren die Haftkraft.

Alterung der Magnete

Bei normaler Nutzung bleibt die Magnetisierung fast unbegrenzt erhalten. Sie kann sich jedoch abschwächen bei Überschreiten der maximalen Arbeitstemperatur oder auch bei extremen Stößen oder Vibrationen.
AlNiCo-Magnete haben jedoch eine geringe Koerzitivfeldstärke. Dadurch kann die Magnetisierung von AlNiCo-Magneten durch externe Magnetfelder leicht geschwächt oder gelöscht werden.

Mechanische Toleranzen

Die Toleranz der in den Produktbeschreibungen angegeben Maße beträgt, wenn nichts anderes spezifiziert ist, ± 0,1 mm. Bei sehr kleinen Magneten wird im Allgemeinen eine Toleranz von ± 0,05 mm eingehalten.

Rechtsvorschriften

REACH-Konformität

Alle von uns gelieferten Produkte erfüllen alle Anforderungen der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACH-Verordnung).
Die Produkte enthalten keine besonders besorgniserregenden Stoffe (SVHC) in einer Konzentration von mehr als 0,1 Massenprozent aus der aktuell veröffentlichten Kandidatenliste der besonders besorgniserregenden Stoffe (SVHC) der European Chemicals Agency (ECHA).

RoHS-Konformität

Alle unsere Artikel sind konform mit der RoHS-Richtlinie 2011/65/EU (RoHS II Richtlinie) und der Delegierten Richtlinie (EU) 2015/863.

Dual Use

Für unsere Produkte ist keine Ausfuhrlizenz oder Ausfuhrgenehmigung für Güter mit doppeltem Verwendungszweck gemäß Verordnung (EG) Nr. 428/2009 (Dual Use) (zuletzt geändert durch die Delegierte Verordnung (EU) 2017/2268) erforderlich.

Exportbeschrängkungen

Für Neodym-Magnete aus unserem Online-Shop gilt ein Exportverbot in die USA, nach Kanada und nach Japan.
Es ist stengstens untersagt, die bei uns erworbenen NdFeB-Magnete oder Ihre aus diesen Magneten produzierten Endprodukte direkt oder indirekt in eines der genannten Länder zu exportieren.

Auf Wunsch können wir für den Export nach Kanada und die USA lizensierte Neodym-Magnete beschaffen, jedoch nicht für den Export nach Japan.

Unsere Produkte unterliegen nicht dem US-amerikanischen Exportkontrollrecht.

Ursprungsland

Das Ursprungsland unserer Magnete und Folien ist die VR China (CN). Sie sind somit keine präferenzbegünstigten Waren.

Entsorgung

Magnete können als Altmetall oder über den normalen Hausmüll entsorgt werden.

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