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Fünf Situationen, die eine kleinstmögliche Feldstärke erfordern, und wie dies bewerkstelligt wurde : Ausgabe 01/2016, 14.04.2016

Warum Restmagnetismus so riskant ist

Der Magnetspezialist Albert Maurer schreibt dem Restmagnetismus nennenswerten volkswirtschaftlichen Schaden zu: Das tückische am Restmagnetismus ist, dass verbleibende hartmagnetische Stellen und verzerrte magnetische Domänen oftmals das gesamte Bauteil remagnetisieren. An fünf Anwendungsfällen wird hier aufgezeigt, welche Risiken von magnetisierten Werkstücken ausgehen.

Bilder: Michael Howard, Spaceflight Insider

Magnetismus ist allgegenwärtig und ein nützlicher Helfer der Industrie. Nahezu spielend leicht scheint es, wenn Elektromagneten tonnenschwere Gegenstände anheben und Blasmagneten zerstörerische Lichtbögen in Schaltanlagen löschen. Doch der Magnetismus hat auch eine Schattenseite und ist anderorts die Ursache schwerwiegender Schäden. Deshalb gehört die Entmagnetisierung in vielen Fertigungsbetrieben zum Standardprozedere. Viele Werkstücke werden sogar mehrfach entmagnetisiert, bevor sie den Transport zum Abnehmer antreten. Dabei zeigt sich das eigentliche Problem: Viele Teile enthalten noch Restmagnetismus und remagnetisieren sich während des Transports. Beim Abnehmer angekommen, weisen sie dann erneut Feldstärken auf, die für qualitätsbewusste Hersteller inakzeptabel sind. Gründliches Entmagnetisieren wird deshalb zur Verpflichtung für jeden verantwortungsbewussten Produzenten.

Selbstentwickeltes Entmagnetisierungsverfahren

Seit über einem Jahrzehnt beschäftigt sich der Schweizer Magnetspezialist Albert Maurer mit den Möglichkeiten, den Magnetismus vollständig aus dem Material herauszubekommen. Da herkömmliche Verfahren mehrheitlich versteckten Restmagnetismus im Material zurücklassen, entwickelte er sein eigenes Entmagnetisierverfahren. Maurers Verfahren neutralisiert das ferromagnetische Material mit ähnlichem Resultat, wie ein geschmiedetes Teil, das keinem Magnetismus durch Magnetheber oder Ähnlichem ausgesetzt war. Messungen und die Erfahrungen vieler Anwender zeigen, dass das Maurer-Verfahren ähnliche entmagnetisierende Phänomene zeigt, wie hohe Permeabilität und magnetischer Selbstheilungseffekt. Die folgenden fünf Fälle zeigen, warum Restmagnetismus so riskant ist.

Remagnetisierte Getriebeketten ziehen Abrieb an und verursachen Schäden

Werner Spicker, Betriebsleiter der Krauss­Maffei-Technologies, stellte immer wieder nach den Zerspanungsprozessen eine Re­magneti­sierung der Bauteile fest. Ausserdem führten die hohen Ströme im Verchromungsprozess von Hydrauliksäulen zu einem Anstieg der magnetischen Feldstärken von bis zu 30 A/cm. Das Anhaften von Metallpartikeln an den magnetischen Säulen würde bei fast 400 bar Systemdruck zur Zerstörung der Dichtungen und zum Ausfall der Maschine führen.

Der Spritzgiessmaschinenhersteller beschaffte eine Entmagnetisieranlage von Maurer Magnetic und entmagnetisiert grundsätzlich alle Säulen der CX-Baureihe vor Einbau in die Maschine. Das Verfahren ist so gründlich, dass es keine messbaren Werte hinterlässt. Spicker zufrieden: «Wir hatten zuvor immer wieder unerklärlichen Schliessdruckabfall bei der Inbetriebnahme. Diese Fälle haben sich drastisch reduziert.» Auch bei Getriebeketten, welche in stufenlosen Getrieben etwa bei Audi und Subaru verbaut werden, sorgt Restmagnetismus und die daraus resultierende Remagnetisierung für inakzeptable Verhältnisse. Ist die Kette nicht gründlich entmagnetisiert, verfangen sich abgeriebene Metallpartikel zwischen den Wiege­druckstücken der Getriebeketten. Die fatale Folge: Die Ketten können deformiert und sogar zersprengt werden. An einer gründlichen Entmagnetisierung kommen die Hersteller also nicht vorbei, wollen sie langlebige und verlässliche Produkte herstellen.

Entmagnetisieren verschafft einen Wettbewerbsvorteil

Der Verband der Automobilindustrie, VDA, empfiehlt in seiner «Prüfung der Technischen Sauberkeit» eine maximale magnetische Feldstärke von 2 A/cm für medienberührende Komponenten. Das angeblich «entmagnetisierte» Rohmaterial, das viele Hersteller kaufen, entpuppt sich aber als Zeitbombe, weil es nach dem Zerspanungsprozess wieder magnetisch ist. Auch ein Hersteller von Benzinpumpen musste feststellen, dass nach dem Honen wieder alles beim Alten war. Albert Maurer: «Herkömmliche Entmagnetisierverfahren schaffen nur eine Pseudosicherheit. Der Effekt ist oberflächlich, tief im Material verbleiben die gefährlichen Domänen mit Restmagnetismus.»

So auch bei Drehmomentwandlern, die aus mehreren Bauteilen verschiedener Materialien bestehen. Die Entmagnetisierung dieser Baugruppen ist wichtig, da an den Schaufelrädern und Lagern im Inneren nach dem Aufschweissen der Wuchtgewichte magnetische Felder mit Spitzenstärken von bis zu 60 A/cm auftreten können. Werner Spicker von KraussMaffei-Technologies warnt vor zu grosser Laxheit: «Entmagnetisieren ist ein Qualitätsmerkmal, das uns einen Wettbewerbsvorteil verschafft.»

Fehlgesteuerte Helikopter und von Geisterhand gestoppte Züge verhindern

Während Abflügen vom Landeplatz eines Hospitals in der Ostschweiz, bemerkten die Helikopterpiloten merkwürdige Störungen im Navigationssystem und mussten das System neu starten. Die Ursache für die enormen Miss­weisungen der Instrumente war der verwendete Armierungsstahl: er war magnetisch. Die Magnetisierung erfahren die Stahlstäbe im Stahlwerk durch das Handling mit starken Elektromagneten. Die Stahlarmierung des Landeplatzes bewirkte eine erhebliche Verzerrung des Erdmagnetfeldes in dessen Nah­bereich. Eine teure Karbonarmierung wäre eine Alternative gewesen. Die Entmagnetisierung der Armierung am fertigen Rohbau ist viel kostengünstiger und bei Anwendung des richtigen Verfahrens auch eine verlässliche Dauerlösung. Albert Maurer: «Wir entmagnetisieren solche Landeplätze innerhalb von einem halben Tag.»

Auch bei der Bahn gilt es, Zwischenfälle zu verhindern. Bei Testfahrten einer modernisierten Regionalbahn, die zuvor stillgelegt war, brachte die induktive Zugbeeinflussung den Zug zum Halten, obwohl an diesem Streckenabschnitt überhaupt kein Geber für ein Haltesignal installiert war. Die Ursache dieses Problems waren diverse Bremstests der Magnetschienenbremsen während der Inbetriebnahme der Bahn. Sie hatten die Schienen magnetisiert. Durch die Entmagnetisierung des betreffenden Streckenabschnitts war das Signalproblem aus der Welt geschafft und der Fahrplan konnte eingehalten werden. Albert Maurer: «Glücklicherweise sind Notbremsungen wie bei den Tests selten. Aber dann müssen die Schienen wieder entmagnetisiert werden. Mit unserem Verfahren können wir 15 km Gleis pro Stunde nachhaltig entmagnetisieren.»

Mobile Entmagnetisierungsanlage «curiesiert» Rundtaktanlage

Eine irische Mikrochipfabrik betreibt eine Rundtaktanlage für das Wafer-Processing. Die Basis für das Bearbeitungskarussell sind drei grosse ineinander liegende Wälzlager mit bis zu 3 m Durchmesser. Die Rundtaktanlage wird in einem Hochreinraum mit sehr empfindlichen Messgeräten in unmittelbarer Nähe betrieben. Der Auftraggeber hatte auf einer gründlichen Entmagnetisierung aller Komponenten bestanden.

Während des Betriebs des Systems stellte sich jedoch heraus, dass zwei Elektronenstrahlmikroskope immer wieder erheblich gestört wurden. Die Ursache war Magnetismus im Wälzlager. Das Feld war so stark, dass die Mikroskope, trotz Fremdfeldkompensationen, nicht mehr korrekt arbeiteten. Aufgrund der Grösse und der verschiedenen Materialien war es dem Hersteller nicht gelungen, alle magnetischen Domänen zu neutralisieren. In dieser misslichen Lage gab es zwei Möglichkeiten: Entweder das Lager auszubauen, was sechs Monate Arbeit, enorme Kosten sowie erhebliche Produktionsausfälle bedeutet hätte. Oder die Lager vor Ort entmagnetisieren zu lassen. Albert Maurer: «Für Operationen wie diese setzen wir unsere mobilen Entmagnetisieranlagen ein. Mittels unseres Verfahrens gelang es uns, das Grosswälzlager auch im inneren auf Werte

Curiesieren – ein prozesssicheres Verfahren

Weil die Ergebnisse denen des Glühens über die Curie-Temperatur hinaus durchaus ähnlich sind, nennen die Schweizer Spezialisten ihr Verfahren «Curiesieren». Albert Maurer: «Durch das Curiesieren ist es möglich, alle Komponenten einer gesamten Baugruppe, unabhängig von Grösse und Material zu entmagnetisieren. Der Entmagnetisierpuls ist durch eine elektronische Steuerung vollständig reproduzierbar, dadurch wird das Verfahren absolut prozesssicher. Viele unserer Kunden setzen deshalb unsere Technologie schon seit Jahren erfolgreich ein.» 

Infoservice

Maurer Magnetic AG
Industriestrasse 8–10, 8627 Grüningen
Tel. 044 936 60 30, Fax 044 936 60 48
www.maurermagnetic.ch



Teile für Weltraumsatelliten, etwa für die NASA-MMS-Mission, werden mit dem Maurer-Degaussing-Verfahren in erdfeldfreier Umgebung entmagnetisiert


Mit dem Verfahren von Maurer-Degaussing macht KraussMaffei die Kolbenstangen magnetisch völlig neutral

Nachgefragt: Restmagnetismus ist Ausgangspunkt für negative Eigenschaften


Albert Maurer, Geschäftsführer Maurer Magnetic AG

Denken Sie, die Leute nehmen die Gefahr des Restmagnetismus nicht ernst genug?

Ja, dieser Eindruck drängt sich mir oft auf. Vielfach fehlt das physikalische Verständnis der Zusammenhänge. Es ist, als wolle man sich von einer lästigen Pflicht befreien. Die Messungen erfolgen häufig oberflächlich und geben meist den Zustand unmittelbar nach dem Entmagnetisieren wieder. Wie es Tage später aussieht, will keiner mehr wissen.

Es gibt verschiedene Entmagnetisierungsverfahren. Was ist Ihre Kritik an gängigen Verfahren?

Die herkömmlichen Verfahren beseitigen in den meisten Fällen nicht alle hartmagnetischen Stellen oder verzerren die Domänenstruktur, es verbleiben mehrheitlich magnetische Inseln im Material. Dieser Restmagnetismus ist gefährlich, da er der Ausgangspunkt für die negativen Eigenschaften wie die eigene Remagnetisierung des Materials innerhalb kurzer Zeit sein kann. Erschütterungen oder die räumliche Nähe zu anderen magnetisierten Teilen begünstigen dies.

Was verstehen Sie unter Curiesieren?

Pierre Curie entdeckte, dass Metalle ihre ferromagnetischen Eigenschaften vollständig verlieren, wenn man sie über eine bestimmte Temperatur (Curie-Temperatur) hinaus erhitzt. Durch das Abkühlen bildet sich eine amorphe und neutrale magnetische Struktur aus Domänen (Weiss‘schen Bezirken) und Blochwänden. Auch ein Schmiedeteil ist ein gutes Beispiel für diesen magnetischen Idealzustand. Das Maurer-Degaussing-Verfahren ist ein gründliches, nichtthermisches Entmagnetisierungsverfahren und neutralisiert das ferromagnetische Material nahezu vollständig. Messungen haben gezeigt, dass es mit demselben vorteilhaften magnetischen Selbstheilungseffekt wie ein geschmiedetes Teil ausgestattet ist. Unser Verfahren kommt nahe an den magnetischen Idealzustand. Auf diese Weise entmagnetisierte Teile nennen wir daher «curiesiert».