Ziel der Entwicklung

Am Markt besteht die Forderung nach hoher Präzision und Qualitätskontrolle für miniaturisierter Magnete. Für die motorischen als auch die sensorischen Anwendungen ist neben der Magnetfeldstärke vor allem die exakte Ausrichtung des Magnetfeldes von großer Bedeutung. Magnete mit zu großen Fehlerwinkeln führen in Motoren meist zu unerwünschten Rastmomenten (Cogging-Effekt), welche die Effektivität negativ beeinflussen. Toleranzen der Magnetisierung von < ein Prozent sowie deren Richtung von < drei Grad speziell bei größeren Magneten werden immer häufiger gefordert. Je nach Anforderung liegt allerdings teilweise nur ein geringer Prozentsatz handelsüblicher Magnete im Toleranzbereich der spezifischen Anwendung. Um die verschiedenen Prämissen an das Endprodukt zu erfüllen, muss eine Qualitätskontrolle der Permanentmagnete durch entsprechende Prüftechnik erfolgen, die dann für die Selektion und Kombination geeigneter Magnete genutzt werden kann. Für kleine Permanentmagnete, speziell für miniaturisierte Magnete (Magnetisches Moment = 30 Megaampere Quadratmeter), existierte bisher weltweit keine adäquate Messtechnik, welche die geforderte Bestimmung von magnetischem Moment und Magnetisierungswinkel sowie die Messungen in akzeptabler Zeit durchführbar macht. Somit musste ein neues Messverfahren entwickelt werden, welches diese messtechnische Lücke schließen kann. Verbreitete Messverfahren bestimmen lediglich einzelne Parameter mit erheblichem Zeitaufwand. Durch die fehlenden Informationen werden Permanentmagnete mit großen Toleranzen bezüglich ihrer magnetischen Eigenschaften in Produkten verbaut, welche trotzdem noch zum Teil den gestellten Anforderungen nicht genügen. Bei einer Fehlfunktion der Magnetkomponenten kommt es daher zu enormen Kosten, da diese meist nur mit großem Aufwand ausgetauscht werden können. Dementsprechend ist es zwingend erforderlich, ausschließlich geprüfte Magnete einzusetzen, deren magnetische Eigenschaften hinreichend charakterisiert sind.

Vorteile und Lösungen

Es ist ein innovatives Prüfsystem entstanden, das zwei unterschiedliche Messverfahren in-situ zur Verfügung stellt, um Magnete ganzheitlich im Nah- und Fernfeld zu prüfen und das besonders gut für den Einsatz im Messlabor verwendet werden kann. Zusätzlich ist die Messhardware universell ausgelegt, um eine In-Line-Fähigkeit bereitzustellen, die ferner eine 100 Prozent Qualitätskontrolle bei hohem Probendurchsatz in der Produktion ermöglichen kann. Für den Messvorgang werden die Prüflinge per Hand oder mittels Pick & Place-System auf das Messgerät gelegt und in Sekundenschnelle kann die Analyse der magnetischen Parameter erfolgen. Als Ergebnis erhält man den magnetischen Moment, den Fehlerwinkel der Magnetisierungsrichtung und ein hochaufgelöstes magnetooptisches Bild der oberflächenahen Streufelder, um etwaige Inhomogenitäten und Fehler zu detektieren. Im Hinblick auf eine höhere Messgenauigkeit ist eine zusätzliche Positionierhilfe auf der Messebene vorgesehen. Hierbei sind beiden Messverfahren im Speziellen so ausgelegt, dass die Prüflinge magnetisch nicht ausgerichtet werden müssen und damit unabhängig von ihrer Lage der Magnetisierungsachse geprüft, aber dennoch objektiv untereinander verglichen werden können.

Zielgruppe und Zielmarkt

Der anvisierte Markt für die Technologie aus dem Projekt Champ ist die Prüfung von permanentmagnetischen Werkstoffen und Halbzeugen im Rahmen der Qualitätskontrolle. Bei Permanentmagneten handelt es sich um einen Massenmarkt. Die Automobilbranche, der Maschinenbausektor, die Windkraftenergiebranche aber auch die Kommunikations- und Unterhaltungselektronik sorgen für eine weiterhin hohe Nachfrage nach Permanentmagneten. Miniaturisierte Magnete finden in vielen modernen und anspruchsvollen Technologien Anwendung. Die Einsatzbereiche erstrecken sich von technischen Applikationen (Sensorsysteme, Motoren, Generatoren, optische Schalter, Gyroskope, Aktoren, Ultraschallwandler), der Consumer-Industrie (Lautsprecher, Uhren) bis hin zu medizinischen Anwendungen (Implantate, Kathedernavigation, Endoskope, Mikropumpen). Kleine Magnete stellen zwar volumenmäßig nur einen geringen Teil des gesamten Marktes für Permanentmagnete dar, jedoch sind die materiellen Anforderungen an diese kleinen Magnete hinsichtlich Feldstärkeverteilung und Präzision der Magnetisierungsrichtung oft höher als an größer dimensionierte Magnete. Das entwickelte Prüfsystem für miniaturisierte Magnete soll nach Projektabschluss national und international vertrieben werden. Die Technologie soll über den lizensierten Transfer in Unternehmen aus dem Bereich magnetische Messtechnik übertragen werden. Es gibt bereits erste positive Untersuchungsergebnisse mit der Prüftechnologie bei einem weltweit bekannten Uhrenhersteller, der auf präzise charakterisierte Magnete angewiesen ist, um seine Qualitätsziele zu erfüllen.