Magnetismus spielt eine entscheidende Rolle in vielen industriellen Anwendungen, insbesondere beim Umgang mit Stahlmaterialien. Zwei wichtige Konzepte in diesem Bereich sind die Restmagnetisierung und die Restkreise. Dieser Artikel beleuchtet diese Phänomene, ihre Auswirkungen auf verschiedene Stahlarten sowie Methoden, um sie in der Praxis zu berücksichtigen.
Wird ein positives Magnetfeld angelegt, beginnen sich die magnetischen Ionen auszurichten.
Je stärker das Magnetfeld ist, desto enger erfolgt diese Ausrichtung. Sind alle Ionen in gleicher Richtung angeordnet, spricht man von magnetischer Sättigung (Punkt b).
Wird das äußere Magnetfeld entfernt, kehren die Ionen nicht vollständig in ihren zufälligen Ausgangszustand zurück. Dadurch verbleibt eine Restmagnetisierung im Material – ein Effekt, der als Remanenz bezeichnet wird (Punkt c in Abbildung 3).
RESTMAGNETISMUS
Restmagnetismus wird definiert als die Menge an Magnetisierung, die nach dem Entfernen des äußeren Magnetfeldes zurückbleibt. Mit anderen Worten: Der Wert der vom magnetischen Material beibehaltenen Flussdichte wird als Restmagnetismus bezeichnet, und die Fähigkeit des Materials, diesen Magnetismus zu behalten, nennt man Retentivität.
Gauss ist eine Maßeinheit für magnetische Flussdichte. Sie wurde 1936 nach dem deutschen Mathematiker und Physiker Carl Friedrich Gauß benannt. Im Internationalen Einheitensystem (SI) wird jedoch das Tesla (Symbol T) als Einheit für die magnetische Flussdichte verwendet.
1 Tesla = 10.000 Gauss
| Feldstärke (Gauss) | Wirkung |
|---|---|
| >200 | Dauermagnet |
| ~20–40 | Büroklammer haftet |
| >15 | Kleine Metallteile haften |
| >10 | Kleine Metallspäne haften |
| >4 | Metallstaub haftet |
| ~40–50 | Stört Lichtbogenschweißen |
| ~0,3–0,6 | Feldstärke der Erde |
STAHL MIT HOHEM UND NIEDRIGEM KOHLENSTOFFGEHALT
Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt haben eine geringe Hysterese, und ihr Restmagnetismus ist schwach. Dieser Restmagnetismus ist nicht stabil und zerfällt von selbst.
Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt („Werkzeugstähle“), wie sie in Lagern, Zahnrädern oder Messerklingen vorkommen, behalten deutlich mehr Restmagnetismus. Sie neigen dazu, Restkreise zu erzeugen, was unter Umständen einen Luftspalt an den Polschuhen erfordert, um das Teil effizient abfallen zu lassen.
Restkreis: Ein temporäres Phänomen
Ein Restkreis ist ein temporärer Zustand, der vor allem bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt auftritt. Er erzeugt einen selbsterhaltenden magnetischen Flusskreis, auch wenn der Magnet abgeschaltet ist. In diesem Fall folgt der magnetische Fluss einem geschlossenen Kreislauf: vom Nordpol des Dauermagneten, durch das Stahlmaterial, zurück zum Südpol.
Im Gegensatz zum Restmagnetismus verschwindet ein Restkreis, sobald das Teil vom Magneten getrennt wird. Er kann jedoch Probleme beim Lösen von Teilen in der magnetischen Handhabung verursachen.
Stahlsorten und ihre magnetischen Eigenschaften
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Kohlenstoffstahl (A36, A529, A572, 1020, 1045, 4130)
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Niedrigkohlenstoffstahl (0,05–0,25 % C): Geringe Hysterese, schwacher und instabiler Restmagnetismus
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Mittelkohlenstoffstahl (0,29–0,54 % C): Mittlere magnetische Eigenschaften
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Hochkohlenstoffstahl (0,55–0,95 % C): Stärkerer Restmagnetismus, anfällig für Restkreise
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Legierte Stähle (4140, 4150, 4340, 9310, 52100)
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Restmagnetismus und Restkreise möglich
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Werkzeugstähle (D2, H13, M2)
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Restmagnetismus und Restkreise möglich
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Edelstähle
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300er-Serie: Nicht magnetisch
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400er-Serie: Deutliche Verringerung der magnetischen Wirkung
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Ultrahochfeste Stähle (UHSS)
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Außergewöhnliche Härte (50–65+ HRC) und hohe Streckgrenze
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Martensitische und TWIP-Varianten können bis zu 0,8 % Kohlenstoff enthalten → Restkreis-Phänomene
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Können zu Verschleiß an magnetischen Greifflächen führen
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UMGANG MIT RESTMAGNETISMUS UND RESTKREISEN
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Vibration
Erschütterungen und Stöße beim Handling können die magnetischen Domänen wieder in ihr natürliches, ungeordnetes Muster zurückbringen.
Ein kleines Stahlteil kann durch Vibration entmagnetisiert werden. Manchmal reicht sogar die Bewegung oder Handhabung eines Teils auf einem Förderband, um vorhandenen Restmagnetismus zu beseitigen.
Wärme
Die bei Prozessen wie Warmumformen, Warmprägen, Schweißen, Lackieröfen, Bearbeitungsverfahren, Hochfrequenzhärten und Wärmebehandlungen entstehende Wärme kann häufig den beim Handling mit einem Magnetgreifer zurückgebliebenen Restmagnetismus beseitigen.
Alle Ferromagnete besitzen eine Curie-Temperatur – das ist die Temperatur, bei der die ferromagnetischen Eigenschaften aufgrund thermischer Anregung verschwinden. Bei dieser Temperatur vibrieren die Atome des Materials so stark, dass winzige magnetische Zonen im Material, sogenannte Domänen, ihre Ausrichtung verlieren.
Entmagnetisierer (Degausser)
Ein Entmagnetisierer ist eine elektrische Spule (Solenoid), die durch Strom betrieben wird und zum Entmagnetisieren von magnetischen Materialien eingesetzt werden kann.
Er ist in vielen Ausführungen erhältlich, um verschiedenen industriellen Anforderungen gerecht zu werden – darunter Werkzeug-Entmagnetisierer, Handgeräte, Stift-Modelle sowie Tischgeräte.
In allen Fällen erzeugt der Strom ein magnetisches Feld, dessen Stärke und Polarität wechseln, um die Ionen im Werkstück neu anzuordnen und somit die Magnetisierung aufzuheben.
Luftspalte
Bei Restkreisen kann das Einbringen eines Luftspalts oder eines Nichteisenmaterials zwischen Magnetpolen und Stahl den Kreislauf unterbrechen.
Spezialbeschichtungen
Für hochkohlenstoffhaltige Stähle, die zu Restkreisen neigen, bietet Magswitch Beschichtungen für Polschuhe an, um das Ablösen der Teile zu verbessern.
Verschleißfeste Oberflächen
Bei UHSS-Materialien können speziell entwickelte, opfernde Verschleißpads die Oberflächen der Magnetgreifer schützen.
FAZIT
Das Verständnis von Restmagnetismus und Restkreisen ist entscheidend für den effizienten Umgang mit Stahlmaterialien in industriellen Anwendungen.
Während Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in der Regel nur geringe Probleme bereiten, erfordern hochkohlenstoffhaltige Stähle und Werkzeugstähle deutlich mehr Aufmerksamkeit.
Durch den Einsatz geeigneter Techniken und Technologien können diese magnetischen Phänomene jedoch wirksam kontrolliert werden, was einen reibungslosen Ablauf bei der Handhabung und Verarbeitung von Stahl gewährleistet.
Für spezifische Lösungen im Zusammenhang mit Restmagnetismus oder Restkreisen wenden Sie sich bitte an unsere Experten für magnetische Handhabung, die Ihren gesamten Prozess analysieren und maßgeschneiderte Ansätze empfehlen können.
Die Anwendungsingenieure von Magswitch unterstützen Sie gerne bei der Entwicklung einer Lösung für Ihre Anwendung, indem sie Ihren Prozess von Anfang bis Ende verstehen.
Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Magswitch Ihnen bei der Bewältigung von Herausforderungen durch Restmagnetismus oder Restkreise helfen kann, kontaktieren Sie uns bitte unter sales@magswitch.com.
Unser Expertenteam steht Ihnen jederzeit für Fragen oder Anfragen zur Verfügung. Außerdem können Sie in unserem Katalog nachsehen, wie Magswitch-Magnetgreifer in verschiedenen Branchen und Anwendungen eingesetzt werden.
