Was bedeutet “Magnetstärke”?

Bevor Sie sich für ein Gerät zur Messung der Magnetstärke entscheiden, sollten Sie festlegen, welches Ergebnis für die jeweilige Anwendung entscheidend ist.

Ein höherer Wert in einer Kategorie bedeutet nicht automatisch ein besseres Ergebnis in einer anderen.

So garantiert beispielsweise ein hoher Oberflächen-Gauss-Wert keine bestimmte Zugkraft. Ebenso wenig beweist ein hohes Zugkraft-Ergebnis im Prüfstand, dass ein Magnet das erforderliche Sensorfeld über einen Luftspalt hinweg liefert.

Welchen Magnetstärketest sollten Sie verwenden?

Beginnen Sie mit der technischen Fragestellung, nicht mit dem Messgerät.

Wenn es tatsächlich auf die Leistung bei einem bestimmten Arbeitsabstand ankommt, reicht eine reine Oberflächenmessung in der Regel nicht aus. Der Messpunkt sollte mit der Stelle übereinstimmen, auf die es im Produkt ankommt.

Wie misst man die Stärke eines Magneten mit einem Gaußmesser?

Ein Gaussmeter misst mithilfe einer Hall-Sonde die magnetische Flussdichte im Erfassungsbereich der Sonde. Die Ergebnisse werden in der Regel in Gauss oder Tesla angegeben.

Die NIST-Umrechnung lautet:

1 Gauss = 0,0001 Tesla, und 10.000 Gauss = 1 Tesla.

Quelle: NIST-Leitfaden zu SI-Umrechnungsfaktoren

Warum ist die Position der Sonde von Bedeutung?

Das Magnetfeld um einen Permanentmagneten ist nicht gleichmäßig. Der Messwert kann sich ändern, wenn die Sonde von der Oberfläche entfernt, in Richtung einer Kante verschoben, geneigt oder auf eine andere Feldkomponente ausgerichtet wird.

Der Hall-Sensor befindet sich ebenfalls im Inneren des Sondenkörpers. Die äußere Oberfläche der Sonde entspricht nicht immer genau der Messebene.

In der Dokumentation zum Gaussmeter von Lake Shore werden die Ausrichtung der Sonde, die Temperatur, die Nullpunkteinstellung, die Genauigkeit des Geräts und die wiederholbare Positionierung als wichtige Messvariablen genannt. Außerdem wird darin erläutert, dass die maximale Messwertantwort dann auftritt, wenn der Feldvektor die richtige Ausrichtung relativ zum Hall-Sensor aufweist.

Quelle: Bedienungsanleitung für das Gaussmeter Modell 475 von Lake Shore

Ein kontrollierter Arbeitsablauf für Gauß-Messungen

Dies ist ein allgemeiner Vergleichsablauf. Die Anweisungen des Geräteherstellers und der Projektprüfplan haben Vorrang.

1. Legen Sie die Feldkomponente und den Messort fest.
2. Vergewissern Sie sich, dass der richtige Sondentyp und die richtige Messrichtung verwendet werden.
3. Lassen Sie das Gerät und die Sonde gemäß den Angaben des Herstellers stabilisieren.
4. Setzen Sie die Sonde nach der angegebenen Methode auf Null.
5. Bringen Sie den Magneten in einer reproduzierbaren Ausrichtung an.
6. Verwenden Sie eine Halterung, wenn schon kleine Positionsänderungen das Ergebnis beeinflussen könnten.
7. Positionieren Sie die Sonde an der festgelegten Koordinate und im festgelegten Abstand.
8. Notieren Sie den Messwert, ohne den Winkel der Sonde zu verändern.
9. Wiederholen Sie die Messung gemäß dem Prüfplan.
10. Geben Sie je nach Bedarf Einzelwerte, Bereiche, Durchschnittswerte oder Ergebnisse (bestanden/nicht bestanden) an.

Bewegen Sie die Sonde nicht einfach so lange hin und her, bis der höchste Wert angezeigt wird, es sei denn, der angegebene Zweck besteht ausdrücklich darin, das maximale Feld zu lokalisieren.

Was sollte ein Gauss-Testprotokoll enthalten?

Tragen Sie mindestens Folgendes ein:

• Magnetzeichnung oder Teileidentifikation.
• Magnetisierungsrichtung.
• Der Mast wird vermessen.
• Sondentyp und Messrichtung.
• Messkoordinate.
• Abstand zwischen Messspitze und Werkstück.
• Ausrichtung von Bauteil und Sonde.
• Messbereich und Maßeinheit.
• Nullstellverfahren.
• Gegebenenfalls die Prüftemperatur angeben.
• Anzahl der Messungen.
• Einzelwerte und Akzeptanzbereich.

Ohne diese Informationen können zwei Lieferanten unterschiedliche Gauss-Werte angeben, selbst wenn sie ähnliche Magnete prüfen.

Wie führt man eine Zugkraftprüfung durch?

Bei einer Zugkraftprüfung wird die Kraft gemessen, die erforderlich ist, um einen Magneten oder eine Magnetbaugruppe von einer Gegenfläche zu lösen.

Das Ergebnis ist nur dann aussagekräftig, wenn die Prüfbedingungen festgelegt sind. Stahlsorte, Stahldicke, Oberflächenbeschaffenheit, Kontaktfläche, Ausrichtung der Prüfvorrichtung, Luftspalt, Belastungsrichtung und Prüfgeschwindigkeit können das Ergebnis beeinflussen.

Im Rahmen des ASTM-Arbeitsvorhabens WK70439 wird derzeit ein Verfahrenvorschlag für Zugversuche an Permanentmagnetbaugruppen entwickelt. Es handelt sich dabei weiterhin um einen Arbeitsvorschlag und noch nicht um eine veröffentlichte ASTM-Norm. Die ASTM weist darauf hin, dass firmeneigene Prüfverfahren zu stark voneinander abweichenden Werten führen können.

Quelle: Messung der Magnetzugkraft nach ASTM

Ein Arbeitsablauf zum Vergleich kontrollierter Zugkräfte

Der folgende Arbeitsablauf ermöglicht einen wiederholbaren Vergleich. Es handelt sich dabei nicht um ein allgemeingültiges Standardverfahren.

1. Stellen Sie fest, ob sich die Prüfung auf einen einzelnen Magneten oder eine komplette Baugruppe bezieht.
2. Legen Sie das Material, die Dicke, die Abmessungen und die Oberflächenbeschaffenheit der Gegenplatte fest.
3. Reinigen und prüfen Sie die Kontaktflächen.
4. Berücksichtigen Sie etwaige Beschichtungen, Abstandshalter, Klebeschichten oder absichtlich angelegte Luftspalten.
5. Richten Sie den Magneten und das Kraftmessgerät auf die angegebene Zugrichtung aus.
6. Die Last über eine kontrollierte Halterung aufbringen.
7. Trennen Sie den Magneten mithilfe der vereinbarten Testbewegung ab.
8. Erfassen Sie die maximale Kraft gemäß der vereinbarten Meldeverfahren.
9. Wiederholen Sie den Test nach Bedarf.
10. Geben Sie die Versuchsanordnung und die Testbedingungen zusammen mit dem Ergebnis an.

Ein Ergebnis, das lediglich “50 kg Zugkraft” angibt, ist unvollständig. Es sollte klar sein, ob es sich bei dem Wert um Kilogramm-Kraft handelt, wie die Baugruppe geprüft wurde und welche Passfläche verwendet wurde.

Die Kraft sollte vorzugsweise in Newton angegeben werden. Wird auch die Kilogrammkraft verwendet, sollte die Einheit deutlich ausgeschrieben und nicht auf „Kilogramm“ abgekürzt werden, da es sich dabei um eine Masseeinheit handelt.

Ist Zugkraft dasselbe wie Scherung?

Nein. Bei einem normalen Zugversuch wird der Magnet senkrecht zur Passfläche getrennt. Eine Scher- oder Gleitbelastung wirkt parallel zur Oberfläche.

Der Gleitwiderstand wird durch Reibung, Oberflächenstruktur, Gummibeschichtungen, mechanische Anschläge, Vibrationen und die Belastungsrichtung beeinflusst. Ein normales Zugkraft-Ergebnis sollte ohne anwendungsspezifische Bewertung nicht als Scherfestigkeitswert herangezogen werden.

Ist die Nennzugkraft dasselbe wie die zulässige Traglast?

Nein. Ein auf dem Prüfstand ermittelter Zugkraftwert sollte nicht automatisch als sichere Arbeitslast des Endprodukts angesehen werden.

In der Praxis können folgende Probleme auftreten:

• Luftspalten.
• Dünne oder wenig durchlässige Gegenmaterialien.
• Gekrümmte oder unebene Oberflächen.
• Scherbeanspruchung.
• Stöße oder Vibrationen.
• Temperaturschwankungen.
• Fehlausrichtung.
• Versagen des Klebstoffs oder des Gehäuses.
• Abplatzen oder Bruch des Magneten.

Der zuständige Produktingenieur sollte die für die jeweilige Anwendung erforderliche Auslegungsreserve festlegen. Dieser Artikel enthält keinen allgemeingültigen Sicherheitsfaktor.

Sicherheit beim Zugversuch

Starke Magnete können sich plötzlich bewegen, Finger einklemmen oder Absplitterungen verursachen, wenn sie gegen eine Halterung oder eine Gegenplatte stoßen.

Verwenden Sie eine gesicherte Versuchsanordnung, halten Sie die Hände außerhalb der Einzugsbahn und befolgen Sie die Anforderungen der Gefährdungsbeurteilung am Arbeitsplatz sowie die Vorschriften zur persönlichen Schutzausrüstung. Dieser Artikel stellt keine vollständige Anleitung zur Laborsicherheit dar.

Außerdem sollte das Sicherheitsdatenblatt für NdFeB-Magnete herangezogen werden, um Informationen zum jeweiligen Magnetmaterial und zu den Handhabungsbedingungen zu erhalten.

Kann ein Gaußmeter die Magnetstärke bestätigen?

Ein Oberflächen-Gauss-Messwert allein reicht nicht aus, um zu bestätigen, dass es sich bei einem fertigen Magneten um die Güteklasse N42, N52 oder eine andere handelt.

Eine Güteklasse bezieht sich auf kontrollierte Werkstoffeigenschaften, die aus einer Magnetisierungs- oder Entmagnetisierungskurve ermittelt werden. Zu den wichtigen Eigenschaften können gehören:

• Br: Remanente magnetische Flussdichte nach dem Wegfall des Magnetisierungsfeldes.
• HcB: Die mit der magnetischen Flussdichte verbundene Kraftfeldstärke.
• HcJ: Intrinsische Koerzitivfeldstärke im Zusammenhang mit der magnetischen Polarisation.
• BHmax: Aus der Entmagnetisierungskurve abgeleitetes maximales Energieprodukt.

Die Norm IEC 60404-5:2015 legt Messverfahren für die magnetische Flussdichte, die magnetische Polarisation, die Magnetfeldstärke, Entmagnetisierungskurven und Rückstellkurven von Permanentmagnetwerkstoffen fest.

Quelle: IEC 60404-5:2015

Die Norm ASTM A977/A977M befasst sich mit der Messung von Permanentmagnetmaterialien mit hoher Koerzitivfeldstärke unter Verwendung von Hysteresegrafen. Sie gilt für die Messung von Materialeigenschaften, nicht für die einfache Prüfung des Oberflächenfelds an Fertigteilen.

Quelle: Normen des ASTM-Ausschusses A06.01

Der Gauß-Wert eines fertigen Magneten wird außerdem beeinflusst durch:

• Abmessungen des Magneten.
• Form und Verhältnis von Länge zu Durchmesser.
• Magnetisierungszustand.
• Magnetisierungsrichtung.
• Sondenposition.
• Randeffekte.
• In der Nähe befindliche Stahl- oder Magnetkomponenten.
• Luftspalt.

Oberflächenfeldprüfungen können nützlich sein, um Fertigteile unter denselben kontrollierten Bedingungen zu vergleichen. Sie sollten jedoch weder die entsprechende Güteklasse-Dokumentation noch kontrollierte Materialprüfung ersetzen.

Leser, die eine bestimmte Anforderung an den Hochgrad-Status prüfen möchten, können auch die von OSENC bestätigten Seite zu N52-Neodym-Magneten, wobei zu beachten ist, dass die endgültige Notenvergabe weiterhin von der Bewerbung abhängt.

Kann man Gauß direkt in Zugkraft umrechnen?

Es gibt keine allgemeingültige Formel, mit der sich ein einzelner Gauss-Messwert direkt in die Zugkraft umrechnen lässt.

Die beiden Größen lassen sich innerhalb eines vollständig definierten magnetischen Systems in Beziehung setzen, doch für eine valide Kraftvorhersage sind außerdem Informationen über folgende Aspekte erforderlich:

• Abmessungen und Form des Magneten.
• Güteklasse und Magnetisierungszustand.
• Polfläche und Polanordnung.
• Zuchtmaterial.
• Stahlstärke.
• Arbeitsluftspalt.
• Beschichtungen oder Abstandshalter.
• Kontaktgeometrie.
• Zugrichtung.
• In der Nähe befindliche magnetische Bauteile.

Beispielsweise können zwei Magnete an einer Messstelle zwar ähnliche Feldwerte anzeigen, jedoch unterschiedliche Zugkraftwerte liefern, da sich ihre Polflächen, Dicken oder Magnetkreise unterscheiden.

Auch das Gegenteil ist möglich. Zwei Baugruppen können zwar eine ähnliche Zugkraft bei direktem Kontakt erzeugen, jedoch sehr unterschiedliche Feldstärken an einem Sensor, der mehrere Millimeter entfernt positioniert ist.

Verwenden Sie die Gauß-Prüfung, wenn das Feld an einem bestimmten Ort von Bedeutung ist. Verwenden Sie die Zugkraftprüfung, wenn die kontrollierte Trennkraft von Bedeutung ist.

Sollte man den Magneten einzeln oder in der Endmontage prüfen?

Testen Sie das Objekt, das die technischen Anforderungen am besten erfüllt.

In der Nähe befindlicher Stahl kann den Magnetfluss umlenken. Ein Gehäuse kann den Arbeitsspalt verändern. Auch die Dicke des Klebstoffs, die Beschichtung und die Montagetoleranz können den Abstand zwischen dem Magneten und dem Gegenstück beeinflussen.

Bei einem Sensor oder Encoder ist das Magnetfeld an der Einbaustelle des Sensors zu messen. Bei einem Magnethalter ist die Prüfung unter Berücksichtigung des vorgesehenen Gegenmaterials und des Oberflächenzustands durchzuführen. Bei einer Kupplung oder einem Rotor sind, soweit möglich, der tatsächliche Arbeitsspalt und die tatsächlichen Ausrichtungsverhältnisse zu berücksichtigen.

Mithilfe magnetischer Simulationen lassen sich das Verhalten von Magnetfeld, Kraft, Drehmoment oder Polanordnung bereits vor der Herstellung von Mustern vorhersagen. Eine Simulation ist jedoch eine Konstruktionsprognose und kein Messergebnis.

Ein praktischer Entwicklungsweg ist:

1. Legen Sie die Betriebsbedingungen fest.
2. Modellieren oder schätzen Sie die Leistung, wo dies sinnvoll ist.
3. Stellen Sie eine repräsentative Stichprobe zusammen.
4. Prüfen Sie den Magneten oder die Baugruppe unter kontrollierten Bedingungen.

OSENC bietet Unterstützung bei der Entwicklung kundenspezifischer Magnete und Magnetbaugruppen auf der Grundlage von Zeichnungen, Mustern, Skizzen und Anwendungsanforderungen. Die verfügbare Projektunterstützung kann je nach Projektanforderungen und Fertigungsprüfung die Bewertung des Magnetfelds, Simulationen, die Überprüfung der Baugruppe sowie Tests umfassen.

Wie vergleicht man Magnet-Prüfberichte verschiedener Anbieter?

Vergleichen Sie die angegebenen Zahlen erst dann, wenn Sie sich vergewissert haben, dass beide Anbieter unter gleichwertigen Testbedingungen gearbeitet haben.

Ein Bericht sollte es einer anderen qualifizierten Person ermöglichen, nachzuvollziehen, was gemessen wurde, und – soweit dies praktikabel ist – den Vergleich nachzuvollziehen.

Auf der Seite zum Qualitätsmanagement eines Unternehmens kann zwar der allgemeine Prüfansatz des Lieferanten dargelegt werden, dies ersetzt jedoch keine projektspezifische Prüfmethode oder Abnahmeprotokolle. Siehe OSENC’s Informationen zum Qualitätsmanagement für den derzeit bestätigten allgemeinen Geltungsbereich.

Was sollte eine Angebotsanfrage zur Magnetstärke enthalten?

Eine aussagekräftige Angebotsanfrage sollte zunächst die gewünschte Funktion beschreiben, bevor ein Messwert angegeben wird.

Informationen zum Magneten oder zur Baugruppe

Bitte geben Sie Folgendes an:

• Zeichnung und Überarbeitung.
• Abmessungen und Toleranzen.
• Magnetmaterial oder vorgeschlagene Güteklasse.
• Magnetisierungsrichtung und Polanordnung.
• Beschichtung.
• Gehäuse, Stahlteile, Klebstoff und sonstige Montagekomponenten.
• Vorgesehene Betriebstemperatur.
• Gegebenenfalls Umgebungsbedingungen.

Bewerbungsvoraussetzungen

Geben Sie an, ob der Magnet Folgendes gewährleisten muss:

• Haltekraft.
• Feld an einem Sensor.
• Erfassungsreichweite.
• Drehmoment.
• Kupplungsausgang.
• Positionierungskraft.
• Trennungsleistung.
• Chargenkonstanz.

Testbedingungen

Definition:

• Nur der Magnet oder die Endmontage.
• Messort.
• Arbeitsspalt.
• Richtung der Sonde.
• Passmaterial und Dicke.
• Zug- oder Lastrichtung.
• Anforderungen an die Spielpaarungen.
• Prüftemperatur.
• Erforderliche Anzahl von Messungen.

Abnahmekriterien

Geben Sie Folgendes an:

• Zielwert.
• Mindest- oder zulässiger Bereich.
• Einheit.
• Anforderungen an die Probenahme.
• Ob Einzelmessungen erforderlich sind.
• Ob die Anforderung für Muster, Serienteile oder beides gilt.

Eine klar definierte Angebotsanfrage verringert das Risiko, einen technisch korrekten Prüfbericht zu erhalten, der jedoch keine Antwort auf die eigentliche Anwendungsfrage gibt.

Häufig gestellte Fragen

Ist ein Gaußmeter dasselbe wie ein Magnetstärkemesser?

Ein Gaussmeter ist eine Art von Magnetstärkemessgerät, doch der Begriff “Magnetstärkemessgerät” ist nicht spezifisch genug.

Dabei kann es sich um ein Gaussmeter, ein Teslameter, ein Zugkraftmessgerät, ein Flussmessgerät, einen Hysteresigraphen, eine Drehmomentvorrichtung oder ein anwendungsspezifisches Prüfsystem handeln. Vergewissern Sie sich, welche magnetische Größe das Gerät misst.

Kann ein Smartphone die Magnetstärke messen?

Ein Smartphone kann Schwankungen des magnetischen Umgebungsfeldes anzeigen, wenn es über ein Magnetometer verfügt. Laut Android-Dokumentation melden kompatible Sensoren die Magnetfeldkomponenten auf der X-, Y- und Z-Achse in Mikrotesla.

Allerdings sind der Messbereich des Sensors, die Kalibrierung, der Standort, Geräteinterferenzen und die Wiederholgenauigkeit möglicherweise für die Magnetabnahmeprüfung ungeeignet.

Quelle: Dokumentation zu Android SensorEvent

Verwenden Sie ein Mobiltelefon nur zur groben Orientierung. Betrachten Sie es nicht als kalibriertes Gaussmeter oder als Instrument zur Abnahme durch den Lieferanten.

Wie oft sollte die Magnetstärke geprüft werden?

Es gibt keine allgemeingültige Prüfhäufigkeit für jedes Magnetprojekt.

Der Inspektionsplan sollte Folgendes enthalten:

• Anwendungsrisiko.
• Produktionsstabilität.
• Kundenanforderungen.
• Stichprobengröße.
• Prozessänderungen.
• Wechsel des Lieferanten.
• Die vereinbarte Abnahmeverfahren.

Kritische Projekte erfordern unter Umständen andere Kontrollmaßnahmen als nicht kritische kommerzielle Anwendungen.