Spritzgegossene Magnetkreise: TITK entwickelt neue Polymerkomposite

Am TITK sind neue Verbundwerkstoffe mit magnetischen Eigenschaften entwickelt worden. Die polymergebundenen Materialien lassen sich in kommerziellen Verfahren der Kunststoffverarbeitung wie Extrusion, Spritzguss oder Spritzprägen herstellen und in verschiedensten Anwendungen als induktive Komponente verbauen. Damit können zum Beispiel bisherige Magnetkreise aus ferromagnetischen Materialien in Ventil-Aktoren ersetzt werden.

Entwicklung, Herstellung und Verarbeitung sind in einem ZIM-geförderten Projekt mit der Professur für Fluid-Mechatronische Systemtechnik der TU Dresden und der PSK Ingenieurgesellschaft Erfurt erfolgreich getestet worden. Ziel war es, die Magnetkreise eines Proportional- und eines Impulsventils aus einem Polymerkomposit zu fertigen. Dafür wurden weichmagnetische Komponenten des Eisens CIP und Fe(DRI) und spezielle Eisenlegierungen FeSiB (nk) mittels Extrusion in ausgewählte Polymere eingearbeitet und zu Kunststoffhalbzeugen verspritzt.

Bei den polymergebundenen weichmagnetischen Kompositen (PBSMC) strebten die Projektpartner eine hohe magnetische Permeabilität und – wegen des Zusammenhangs zur Maxwellschen Kraft FM – eine hohe magnetische Flussdichte B an. Mit Erfolg: In den Ventil-Aktoren lagen bei magnetischen Feldstärken zwischen einigen hundert und mehreren zehntausend Ampere pro Meter die erforderlichen hohen Flussdichten und somit die Stellkräfte an, um den Anker in einer bestimmten Position halten zu können.

Speziell für den Einsatz in einem Impulsventil wurden auch hartmagnetisch gefüllte Polymerkomposite (HMP) entwickelt, die als Permanentmagnet den Anker ohne Strom in einer bestimmten Schaltstellung fixieren. Durch Einarbeitung hartmagnetischer Legierungen auf Basis von Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) wurden Polymerkomposite mit einer Restmagnetisierung von bis zu 0,5 Tesla und Koerzitivfeldstärken von mehr als 300 Kilo-Ampere pro Meter gewonnen.

Magnetische Flussdichte-Feldstärke-Kurven der PBSMC und berechnete Grenzwerte der magnetischen Sättigung B max (g).

Die verschiedenen Ventil-Demonstratoren wurden erfolgreich auf ihre elektrischen und fluidischen Funktionen getestet. Des Weiteren gelang der Nachweis, dass die Polymerkomposite trotz hoher Füllgrade der magnetischen Komponente zwischen 50 bis
100 Prozent der ursprünglichen Festigkeit des Polymers und bei Lagerungsversuchen in Wasser noch eine hinreichende chemische Beständigkeit aufweisen.


Die Neuentwicklung erleichtert die Herstellung von Magnetventilen deutlich. Sie spart nicht nur Material, sondern ebenfalls Fertigungsschritte und damit Kosten ein. Das TITK sucht nun Industriepartner für die neuen Polymerverbundwerkstoffe, wobei Anwendungen für magnetischen Aktoren oder induktive Baugruppen besonders im Fokus stehen.


Weitere Forschungsergebnisse und ihr komplettes Leistungsangebot zeigt die TITK Group zur Fakuma vom 16. bis 20. Oktober in Friedrichshafen in Halle B3 am Stand 3201.