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Neuaufbau der Messapparatur für die magnetischen Eigenschaften von Hartmagneten

20.11.2018

Motiviert durch die dringende Nachfrage aus der Industrie wurde die Apparatur zur Charakterisierung von hartmagnetischen Materialien vollständig neu aufgebaut und ihre Funktionen deutlich verbessert. Die Anforderungen der Norm IEC 60404-5 werden nun mit geringerer Messunsicherheit bei besser reproduzierbaren Bedingungen erfüllt, so dass die PTB wieder in der Lage ist, Rückführung auf höchstem Qualitätsniveau für die in der Industrie vorhandene Messtechnik anzubieten.

 

 

Wegen der hohen Preise für seltene Erden ist es für den Handel mit Materialien, die seltene Erden enthalten, wie Hartmagnete, wichtig, deren Qualität zu bestimmen. Hartmagnete werden für Elektromobilität und Generatoren zunehmend nachgefragt.  Ihre Qualitätskontrolle in der Industrie erfordert eine auf die SI-Einheiten rückgeführte und verlässliche Messtechnik. Deshalb wurde in der AG 2.51 eine neue Apparatur zur Rückführung über Vergleichsmagnete aufgebaut.


Zur Charakterisierung von Hartmagneten wird gemäß IEC 60404-5 eine Hysteresekurve (B, J über H) des Magneten aufgenommen. Dies geschieht in einem Elektromagneten, dessen Feld benutzt wird, den Magneten umzumagnetisieren. Die bei der Messung gewonnenen Kurven für die Polarisation und die magnetische Flussdichte können zur Bestimmung der für die Qualität wichtigen Parameter Br, HcB, HcJ und das Energieprodukt (BH)max ausgewertet werden (s. Abb.1). Bei der Bestimmung der Werte für die Koerzitivfeldstärken HcB und HcJ ist die Änderung von dB/dt und damit auch dJ/dt im Bereich um den Nulldurchgang essentiell.
Es ist wichtig, dass die Stromstärke durch den Magneten immer nur monoton erhöht wird und andererseits die Schrittweite dB/dt über den gesamten Messbereich möglichst konstant gehalten wird. Aufgrund der nichtlinearen Antwort der Probenmagnetisierung und der hohen Induktivität des verwendeten Elektromagneten ist eine sehr aufwändige Steuerung des eingespeisten Stroms notwendig, um eine möglichst kontinuierliche Rate dB/dt zu erhalten. Durch die Neuentwicklung der Soft- und Hardware konnten die hohen Anforderungen erfüllt werden.

Die neue Apparatur ermöglicht es, der deutschen Industrie eine rückgeführte Messinfrastruktur für die wichtigen Bereiche der Energietechnik und Elektromobilität zur Verfügung zu stellen. So kann sichergestellt werden, dass ihr im internationalen Handel keine wirtschaftlichen Nachteile entstehen.

 Magnetisierungskurve eines Hartmagneten

Abb.1: Magnetisierungskurve eines Hartmagneten. Gezeigt sind die für die Normung wichtigen Werte: Br, HcB, HcJ und das Energieprodukt (BH)max