Mit einem Kobalt-Anteil von nur 17 % bietet ein neuer Kernwerkstoff eine günstige Alternative zu 50%CoFe bei guten magnetischen Eigenschaften und guter Verarbeitbarkeit. Bewährt hat er sich schon in der Kraftstoff-Einspritzung und in Nadeldruckern.
Dr. Gernot Vaerst war maßgeblich an der Entwicklung von Vacoflux 17 beteiligt und ist Produktmanager für weichmagnetische Halbzeuge und Teile bei der Vacuumschmelze GmbH & Co. KG in Hanau
Magnetstahl, Reineisen, Nickeleisen und Sili-ziumeisen (SiFe) sind häufig verwendete Kernmaterialien in elektromagnetisch gesteuerten Systemen. Wo höchste Anforderungen an Magnetisierung und damit Kraftübertragung gestellt werden, kommt oft die altbekannte 50%CoFe-Legierung zum Zug. Bei ihr müssen die Entwickler jedoch die hohen Kosten für den Kobalt-Anteil ebenso in Kauf nehmen wie die schwierige Verarbeitbarkeit, weil sich im Gefüge eine intermetallische Phase bildet. Dem Wunsch nach Bauteile-Miniaturisierung, guter Verarbeitbarkeit und niedrigeren Materialkosten setzen herkömmliche Legierungen also deutliche Grenzen.
Die Vacuumschmelze GmbH & Co. KG, Hanau, hat darum einen Werkstoff auf CoFe-Basis mit reduziertem Co-Gehalt von nur 17 % entwickelt, der immer noch sehr gute weichmagnetische Eigenschaften zeigt bei guter Verarbeitbarkeit. Gegenüber 50% CoFe lässt sich Vacoflux 17 vor allem gut warm- und kaltwalzen, biegen und fließpressen. Bei spanabhebender Verarbeitung neigt das Material zu Langspänen und macht angepasste Drehparameter erforderlich, beispielsweise durch den Einsatz von Spanbrech-Programmen mit optimierten Taktzeiten. Der Werkstoff eignet sich daher problemlos, um Blechpakete sowie Stanz- und Stanzbiegeteile herzustellen. Er erreicht eine Sättigungsmagnetisierung, die über der von Reineisen und SiFe liegt, und bei gleichem Design eine um 30 % höhere Magnetkraft bringt.
Der Einsatz von Vacoflux 17 wird dann interessant, wenn
– konventionelle Werkstoffe (SiFe oder Magnetstähle) aus Platz- oder Gewichtsgründen den Ansprüchen nicht genügen,
– eine günstige Alternative zu Werkstoffen auf 50%CoFe-Basis wie Vacoflux 50 gesucht wird (der Co-Preis lag Mitte August bei 15,4 US-$) und
– spanabhebende Fertigungsverfahren durch Umformprozesse ersetzt werden sollen, um die Materialkosten weiter zu senken.
Seit seiner Markteinführung vor rund vier Jahren wird der Magnetwerkstoff unter anderem in Nadeldruckerköpfen und in der Kraftstoffeinspritzung eingesetzt.
Magnetwerkstoff ermöglicht Drucker 1000 Schläge/s
Durch die Weiterentwicklung der Diesel-Einspritztechnik haben die Motoren beträchtliche Fortschritte erzielt. Bei verringertem Schadstoffausstoß sind sie leistungsfähiger und wirtschaftlicher geworden. Die neuen Einspritzsysteme können Kraftstoff in jeden Zylinder einzeln, unter hohem Druck, zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Menge einspritzen. Für Spritzbeginn und Einspritzmenge gelten dabei enge Toleranzen, die ein Magnetventil auf Basis des Werkstoffes Vacoflux 17 unter allen Betriebsbedingungen realisiert. Ausschlaggebend für das neue Material waren die hohe Sättigungsmagnetisierung, um die geforderte Magnetkraft sicherzustellen, sowie der hohe spezifische elektrische Widerstand, um die Wirbelströme gering zu halten und schnelle Schaltzeiten zu erzielen. Weitere Argumente sind die gute mechanische Verarbeitbarkeit von Vacoflux 17 und natürlich die im Vergleich zu 50%CoFe geringeren Materialkosten.
Auch in der Druckerindustrie geht die Entwicklung weiter, insbesondere bei den Nadeldruckern. Zu den wichtigsten Verkaufskriterien zählen hier hohe Durchschlagskraft, kurze Schaltzeiten und eine möglichst geringe Wärmeentwicklung im Druckkopf. Die Nadel muss beim Schlagen auf das Farbband auch unter widrigen Umständen ihren Punkt auf dem Papier hinterlassen, also auch bei schmutzbelasteter Luft. Manche Nadeldrucker erreichen 1000 Zeichen/s bei bis zu zehn Durchschlägen. Die Geräte sind robust, langlebig und deutlich preiswerter als Laser- und Tintenstrahldrucker. Gerade in diesem anspruchsvollen Marktsegment war der Einsatz eines fließgepressten und spanend verarbeiteten Teils aus Vacoflux 17 eine leistungssteigernde und kostengünstige Alternative zu SiFe und 50%CoFe. Die höhere Sättigungsmagnetisierung im Vergleich zu SiFe steigert die Nadelkräfte, was sich in hinreichend vielen Durchschlägen äußert. Der geringere Co-Gehalt wie bei 50%CoFe und die gute Verarbeitbarkeit machen diesen Werkstoff zudem von den Kosten her attraktiv.
Vacoflux 17 eröffnet ein erhebliches Potenzial zur Funktionsoptimierung für eine große Klasse von Magnetkreisen. Da die Legierung neu ist, repräsentieren die genannten Beispiele wohl nur einen kleinen Teil der Einsatzmöglichkeiten.
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