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Ratgeber

Permanentmagnete

Permanentmagnete – oder Dauermagnete – begegnen uns tagtäglich. Ob als Sticker an der Kühlschranktür oder versteckt in einer Lautsprecherbox. Die fast schon magisch anmutende, nie versiegende Kraft eines Permanentmagneten fasziniert Wissenschaftler, Ingenieure und Bastler seit Jahrhunderten. Erfahren Sie hier, was Dauermagnete sind, aus welchen Legierungen sie bestehen und worauf bei der Beschaffung zu achten ist.

Welche Permanentmagneten gibt es?
Auswahlkriterien für die Beschaffung
FAQ – häufig gestellte Fragen

Welche Permanentmagneten gibt es?

Ein Dauermagnet wird deshalb auch als Permanentmagnet bezeichnet, weil sein Magnetismus immer (= permanent) zur Verfügung steht. Er erzeugt sein eigenes beständiges Magnetfeld. Elektromagneten dagegen bestehen aus einer Drahtspule, die um einen Eisenkern gewickelt ist. Sie benötigen elektrischen Strom, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Der Magnetismus eines Elektromagneten ist allerdings kontrollierbar und lässt sich per Knopfdruck ein- und ausschalten. Bei Permanentmagneten ist dies nicht möglich.

Neben Permanentmagneten und Elektromagneten gibt es auch temporäre Magnete. Sie bestehen aus ferromagnetischen – also eisenhaltigen – Metallen und weisen eigene magnetische Eigenschaften auf. Man bezeichnet sie auch als „weiche“ Magnete. Permanentmagnete bestehen dagegen aus hartmagnetischen Materialien. Beide Magnettypen sind zwar ferromagnetisch, temporäre Magnete zeigen aber nur dann merkliche magnetische Eigenschaften, wenn sie von einem Dauermagneten beeinflusst werden. Außerdem und neigen sie dazu, ihren Magnetismus in relativ kurzer Zeit zu verlieren. Magnetisch weiche Materialien wie Stahl leiten allerdings magnetische Kräfte, solange sie an einem Magneten befestigt sind.

Es gibt verschiedene Arten von Dauermagneten aus unterschiedlichen Materialien mit verschiedenen Eigenschaften. Die vier wichtigsten Materialien sind Alnico, Samarium-Kobalt, Ferrit sowie Neodym.

Alnico – oft auch AlNiCo geschrieben – ist die Bezeichnung für eine Familie von Legierungen, die neben Eisen hauptsächlich Aluminium (Al), Nickel (Ni) und Kobalt (Co) enthalten. Teilweise sind auch Kupfer und manchmal Titan legiert.

Alnico-Magnete besitzen eine hohe Koerzitivfeldstärke, der Fachbegriff für den Widerstand gegen Entmagnetisierung. Von den gebräuchlicheren Magneten sind nur Seltene-Erden-Magnete wie Neodym und Samarium-Kobalt stärker. Alnico-Magnete erzeugen an ihren Polen eine Magnetfeldstärke von bis zu 1500 Gauß (0,15 Tesla), was etwa dem 3000-fachen des Erdmagnetfelds entspricht. Außerdem können sie die höchsten Curie-Temperaturen aller magnetischen Werkstoffe aufweisen, etwa 800 Grad Celsius, obwohl die maximale Arbeitstemperatur normalerweise auf etwa 538 Grad Celsius begrenzt ist. Sie sind die einzigen Magnete, die auch dann noch einen brauchbaren Magnetismus zeigen, wenn sie rotglühend erhitzt werden. Sie gehören zudem zu den stabilsten Magneten, wenn sie richtig behandelt werden und sind im Gegensatz zu Keramikmagneten elektrisch leitfähig.
Ein Samarium-Kobalt-Magnet ist ein starker Dauermagnet aus den beiden Grundelementen Samarium und Kobalt. Sie sind im Allgemeinen ähnlich stark wie Neodym-Magnete, verfügen aber über höhere Temperaturwerte und eine höhere Koerzitivfeldstärke. Wie Alnico-Dauermagnete sind sie extrem widerstandsfähig gegen Entmagnetisierung.

Die maximale Einsatztemperatur liegt zwischen 250 und 550 Grad Celsius, die Curie-Temperaturen reichen von 700 bis 800 Grad Celsius. Herausragend ist die hohe Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit von Samarium-Kobalt-Magneten. Sie müssen in der Regel nicht beschichtet werden und lassen sich bei hohen Temperaturen und harten Arbeitsbedingungen einsetzen. Allerdings sind sie spröde und neigen zu Rissbildung und Abplatzungen.

Ein Ferrit ist ein keramisches Material, das durch Mischen und Brennen großer Anteile von Eisen-Rost mit kleinen Anteilen eines oder mehrerer zusätzlicher metallischer Elemente – wie Barium, Mangan, Nickel und Zink – hergestellt wird. Ferrite sind ferrimagnetisch, das heißt, sie können magnetisiert oder von einem Magneten angezogen werden. Im Gegensatz zu ferromagnetischen Materialien sind die meisten Ferrite nicht elektrisch leitfähig.

Hartferrite besitzen eine hohe Koerzitivfeldstärke, sind also schwer zu entmagnetisieren. Sie werden zur Herstellung von Dauermagneten für Anwendungen wie Kühlschrankmagneten, Lautsprechern und kleinen Elektromotoren verwendet. Weichferrite verfügen dagegen über eine niedrige Koerzitivfeldstärke, so dass sie leicht ihre Magnetisierung ändern und als Leiter von Magnetfeldern fungieren. Sie werden in der Elektronikindustrie verwendet, um effiziente Magnetkerne – sogenannte Ferritkerne – für Hochfrequenzdrosseln, Transformatoren und Antennen sowie in verschiedenen Mikrowellenkomponenten herzustellen. Außerdem sind sie recht häufig als Betätigungsmagnet für Reed-Schalter zu finden.
Der Neodym-Magnet ist der am häufigsten verwendete Typ von Seltene-Erden-Magneten. Er ist ein Permanentmagnet aus einer Legierung von Neodym, Eisen und Bor. Neodym-Magnete wurden 1984 unabhängig voneinander von General Motors und Sumitomo Special Metals entwickelt und sind der stärkste Typ von Permanentmagneten, der kommerziell erhältlich ist.

Aufgrund unterschiedlicher Herstellungsverfahren erfolgt die Einteilung in zwei Unterkategorien: gesinterte und gebundene Magnete. Neodym-Dauermagnete haben inzwischen andere Arten von Magneten in jenen Anwendungen ersetzt, die starke Dauermagnete erfordern, wie beispielsweise Elektromotoren in schnurlosen Werkzeugen, Festplattenlaufwerke und magnetische Befestigungselemente.

Die Stärke von Neodym-Magneten ist das Ergebnis mehrerer Faktoren. Der wichtigste ist die außergewöhnlich hohe Anisotropie der Kristallstruktur. Das bedeutet, ein Kristall des Materials lässt sich bevorzugt entlang einer bestimmten Kristallachse magnetisieren, aber sehr schwer in andere Richtungen. Wie andere Magnete auch, besteht die Neodym-Magnetlegierung aus mikrokristallinen Körnern, die bei der Herstellung in einem starken Magnetfeld ausgerichtet werden, so dass ihre magnetischen Achsen alle in die gleiche Richtung zeigen. Die Koerzitivfeldstärke eines Neodym-Magneten ist sehr hoch.

Auswahlkriterien für die Beschaffung

Beschaffungskriterien sind zum einen die von der Legierung abhängige Stärke des Magnetfelds, die Richtung der magnetischen Feldlinien sowie der maximale Temperaturwiderstand.
Die Koerzitivfeldstärke, die Widerstandskraft gegen Erschütterungen und Umwelteinflüsse sind außerdem noch zu beachten.

Hinsichtlich Bauform und Größe bietet der Markt eine sehr große Auswahl. Gängige Bauformen sind rechteckige, ringförmige, stabförmige und runde Magneten.
Die Durchmesser reichen von 2 Millimeter bis 55 Millimeter, die Remanenzen – also die magnetischen Flussdichten – von 1,18 bis 1,37 Tesla beziehungsweise 11.800 bis 13.700 Gauß.

FAQ – häufig gestellte Fragen

Wie lässt sich die Polarität eines Magneten erkennen?

Als Nordpol eines Magneten wird derjenige Pol bezeichnet, der bei freier Aufhängung des Magneten auf den magnetischen Nordpol der Erde in der Arktis zeigt. Da sich Nord- und Südpol anziehen, ist der magnetische Nordpol eigentlich der Südpol des Erdmagnetfeldes.

Kann man die Kraft von Dauermagneten als Antriebsenergie für Motoren verwenden?

Es gibt tatsächlich Permanentmagnetmotoren, die allerdings von einer externen elektrischen Energieversorgung gespeist werden. Ein Magnetmotor ohne äußere Energiezufuhr wäre ein Perpetuum Mobile. Ein solcher Motor ist sowohl theoretisch als auch praktisch nicht realisierbar.

Seit Beginn des 21. Jahrhunderts wird die Idee eines Motors auf der Basis von Permanentmagneten allerdings zunehmend im Internet propagiert. Auf Online-Videoplattformen sind eine Reihe gefälschter Videos zu sehen, die angeblich laufende Magnetmotoren zeigen. Zu der Frage, warum der Magnetmotor trotz seines vermeintlich großen Potenzials immer noch nicht von der Industrie angenommen wird, sind Verschwörungstheorien im Umlauf: Magnetmotoren würden kostenlose Energie für alle liefern, der bestehenden Energiewirtschaft schaden und deshalb unterdrückt werden.