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Entwicklung neuartiger magnetisch weicher, halbharter und harter Polymerkompositmaterialien mit speziellen Eigenschaften für die Nutzung in neuartigen Cartridge-Ventilen für die Prozesstechnik

Projektleiter:          Günther Pflug
Projektnummer:    BMWi / ZIM, KF 2099129BZ4
Laufzeit:                 01.01.2015 – 30.09.2017
Partner:                  PSK Ingenieurgesellschaft mbH, Erfurt
                               TU Dresden, Institut für Fluidtechnik

Aufgabenstellung

Es bestand die Aufgabe weichmagnetisch gefüllte Polymer-Komposite mit ferromagnetischen Füllstoffen für den Spritzguss magnetischer Baugruppen eines Ventilaktors mit stetiger bzw. bistabiler Funktion mit hinreichend hoher magnetischer Permeabilität und magnetischer Flussdichte zu entwickeln.

In einem weiteren Teil der Arbeiten sollten spritzgiessbare, hartmagnetische und halbhartmagnetische  Polymerkomposite für den Einsatz in einem Ventilsystem mit bistabiler Schaltfunktion getestet werden.

Ergebnisse

Bei gemessenen magnetischen Flussdichten Bmax der weichmagnetisch gefüllten Polymerkomposite  von bis zu 0,5 Tesla (für Hmax = 44.000 A/m) und höher können die erforderlichen Kräfte der Reluktanzaktoren im Schaltbetrieb bei 0,2 Tesla (Hmax = 10.000 A/m) mit einem Luftspalt von 1 mm von 11 bis 15 N generiert werden.

Die Remanenz (Restmagnetisierung) der hartmagnetisch gefüllten Polymerkomposite ist bei Verwendung einer NdFeB-Legierung als Füllstoff zwischen 0,4 bis 0,5 Tesla angesiedelt, während der Wert der Koerzitivfeldstärke HcB etwa bei 300 kA/m liegt.

Bei abschließenden Spritzgussversuchen mit zwei unterschiedlich gefüllten PA11-Eisen–Kompositen und Spulenträgern als Einlegerteile wurden funktionsfähige Ventilaktoren hergestellt.

Anwendungen

Durch die Entwicklung weich- und hartmagnetischen Polymerkomposite im Projekt stehen polymergebundene Magnetsysteme mit hinreichend hoher magnetischer Flussdichte bzw. Restmagnetisierung für die Spritzgussfertigung von Magnetkreisen  und von magnetischen Komponenten von Proportional- und Impulsventilen zur Verfügung. Dieses ermöglicht auch eine kostengünstige Herstellung der Ventilaktoren.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens lassen sich aber auf andere Anwendungen wie die Entwicklung und die Herstellung magnetischer Mikroaktoren oder auch magnetorheologischer Elastomere übertragen.