Ratgeber
Permanentmagnete sind aus Industrie und Technik nicht mehr wegzudenken. Sie kommen in den unterschiedlichsten Formen vor, ob als Stab, Scheibe, Zylinder oder in Hufeisenform. Eine besonders interessante Variante sind Ringmagnete, deren Form an einen Donut oder einen geometrischen Torus erinnert. Ringmagnete bieten einzigartige Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten, die sie für eine Vielzahl von Branchen attraktiv machen. Sie finden sich in Elektromotoren, Generatoren, Sensoren, Lautsprechern und vielen weiteren technischen Geräten.
In diesem Ratgeber werfen wir einen genaueren Blick auf Ringmagnete. Wir erklären, was sie auszeichnet, welche gängigen Anwendungen es gibt und welche Typen und Bauformen zur Verfügung stehen. Darüber hinaus gehen wir auf den Einfluss der Temperatur auf die magnetischen Eigenschaften ein und geben Ihnen wertvolle Tipps für den Kauf von Ringmagneten, damit Sie die richtige Wahl für Ihre spezifischen Anforderungen treffen. Egal, ob Sie bereits Erfahrung mit Magneten haben oder sich zum ersten Mal mit diesem Thema beschäftigen, dieser Ratgeber bietet Ihnen einen umfassenden Überblick und wertvolle Informationen für den Einsatz von Ringmagneten.
Was sind Ringmagnete?
Ringmagnete oder auch Magnetringe sind sehr leicht an ihrer typischen Form zu erkennen, dem Torus. Das heißt: Sie besitzen eine Bohrung – häufig noch mit einer Senkung – in der Mitte. Hergestellt sind sie aus verschiedenen magnetischen Materialien wie Neodym, Ferrit, Samarium-Kobalt oder Alnico, dazu später mehr. Ringmagnete lassen sich in der Produktion unterschiedlich magnetisieren, entweder axial – die Magnetisierung verläuft durch die Dicke des Rings – oder diametral. Letztere Magnetisierung verläuft durch den Durchmesser des Rings.
In rund 90 Prozent aller Lautsprecher steckt eine Technik, die bereits vor mehr als 80 Jahren entwickelt wurde: Die Erzeugung von Schallwellen über eine konusförmige und flexibel aufgehängte Membran, die an an einer Schwingspule innerhalb eines Ringmagneten befestigt ist. Die dem Tonsignal entsprechenden wechselnden Magnetfelder in der Spule interagieren dabei mit dem festen Magnetfeld des Ringmagneten und setzen die Membran in Bewegung.
In Elektromotoren und Generatoren erzeugen Magnetringe ein rotierendes Magnetfeld, das für die Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt notwendig ist. Neben Scheibenmagneten finden sich Ringmagnete in verschiedenen Sensoren und Messgeräten, zum Beispiel in Hall-Effekt-Sensoren, die zur Messung von Position, Geschwindigkeit und Drehzahl dienen.
In magnetischen Kupplungen in Pumpen und anderen Maschinen ermöglichen Ringmagnete eine berührungslose Kraftübertragung. Das reduziert den Verschleiß und die Wartung. In der Medizin werden Ringmagnete in Geräten wie der Magnetresonanztomographie eingesetzt, indem sie ein starkes und stabiles Magnetfeld erzeugen, das zur Bildgebung des menschlichen Körpers verwendet wird.
In der Automobilindustrie sind diese Magnete in verschiedenen Komponenten zu finden, dazu gehören Sensoren und Aktoren ebenso wie Elektromotoren. Selbst in der Mode- und Schmuckindustrie sowie in Taschen und Koffern sind Ringmagnete im Einsatz, oft als magnetische Verschlüsse, die eine sichere und einfache Möglichkeit zum Verschließen und Öffnen von Gegenständen bieten.
Typen und Bauformen
Die wichtigsten Eigenschaften jedes Magneten sind die Haftkraft und die Haltbarkeit des Magnetfelds. Diese beiden Faktoren werden auch bei Ringmagneten wesentlich vom Material bestimmt. Sind sehr starke magnetische Eigenschaften gefordert, gehören Ringmagneten aus Neodym zur ersten Wahl. Im Allgemeinen werden sie auch als Supermagnete bezeichnet. Allerdings sind sie empfindlich gegenüber Korrosion und zerbrechen leicht. Dem wird durch Beschichtungen der Oberfläche zum Beispiel mit Nickel oder Epoxid begegnet.
Ferrit-Ringmagnete sind im Vergleich zu Neodym-Typen zwar weniger stark, dafür sind sie korrosionsbeständig und kostengünstig. Ähnliche Eigenschaften besitzen Ringmagnete aus Samarium-Kobalt. Überwiegend in Tonabnehmern von elektrischen Gitarren und in einigen Sensoren sind Alnico-Magnete zu finden. Sie bestehen aus Aluminium, Nickel und Kobalt sowie Kupfer. Ihre Haftkraft ist relativ schwach, außerdem lassen sie sich leicht entmagnetisieren. Diese Nachteile spielen in der Praxis allerdings kaum eine Rolle.
Axial
Bei axial magnetisierten Ringmagneten verläuft das Magnetfeld durch die Dicke des Rings, und zwar von einer flachen Seite zur anderen. Diese Bauform ist typisch für Lautsprecher und Sensoren.
Diametral
Bei diametral magnetisierte Ringmagneten verläuft die Magnetisierungsrichtung dagegen durch den Außendurchmesser des Rings, also von einer Seite entlang des Durchmessers zur anderen.
Segments
Spezielle Elektromotoren und Kupplungen sind gängige Einsatzgebiete.
Zu den besonderen Bauformen zählen zudem segmentierte und mehrpolige Ringmagnete.
Wie alle Magnete können auch Ringmagnete bei hohen Temperaturen ihre Kräfte verlieren. Definiert wird die Grenze durch die sogenannte Curie-Temperatur. Wird sie erreicht oder überschritten, ist der Magnet zerstört. Dies ist ein unumkehrbarer Prozess für viele ferromagnetische Materialien, insbesondere Supermagnete.
Neodym-Magnete besitzen eine relativ niedrige Curie-Temperatur, sie liegt etwa zwischen 80 und 150 Grad Celsius, für Anwendungen mit hohen Betriebstemperaturen sind sie daher nicht geeignet.
Im Mittelfeld agieren Ferrit-Magnete, die eine Curie-Temperatur von 450 bis 550 Grad Celsius aufweisen. Sie bieten daher eine gute Balance zwischen Kosten und Temperaturbeständigkeit. Samarium-Kobalt- und Alnico-Magnete können oft Temperaturen von 700 bis 800 Grad Celsius verkraften, eignen sich daher gut für Hochtemperaturanwendungen. Lassen sich Material und Curie-Temperatur nicht vereinbaren, könnte ein Temperaturmanagement helfen.
Es besteht üblicherweise aus einer aktiven Kühlung und einer guten Wärmeisolierung. Beides stellt sicher, dass die Betriebstemperatur des Ringmagneten unter der Curie-Temperatur bleibt.
Kaufkriterien – Das sollten Sie beachten
Bei der Beschaffung von Ringmagneten sind nicht nur die bereits erwähnten Typen und Bauformen mit ihren jeweiligen Eigenschaften zu berücksichtigen, sondern auch die Größe. Dazu gehören Länge, Breite, und Höhe, der Innendurchmesser der Bohrung und der Außendurchmesser. Zu achten ist auch auf die Montagemöglichkeiten, beispielsweise durch Schrauben. Ein weiterer wichtiger Aspekt betrifft die Handhabung, in erster Linie die von Neodym-Magneten. Sie sind hinsichtlich ihrer Haftkraft extrem stark. Unsachgemäßer Umgang in der Werkstatt kann zu Verletzungen führen, zum Beispiel dann, wenn Haut oder Finger zwischen zwei Magneten eingeklemmt werden. Neodym-Magnete sind außerdem spröde und können bei starkem Aufprall oder plötzlichem Zusammenprallen zerbrechen oder splittern. Das kann scharfe Bruchstücke verursachen.
Die Lagerung sollten getrennt voneinander erfolgen, das verhindert unkontrolliertes Zusammenziehen. Zu beachten ist auch die Abschirmung: Neodym-Magnete sind von elektronischen Geräten, Magnetstreifen und anderen empfindlichen elektronischen Schaltungen fernzuhalten, ansonsten sind Schäden kaum zu vermeiden. Hinzu kommt, dass Neodym-Magnete durch starke externe Magnetfelder teilweise entmagnetisiert werden können. Anwendungen in der Nähe starker elektromagnetischer Felder sollten dies berücksichtigen.