Die Magnetlieferkette neu erfinden

Magnete sind das Herzstück von Produkten wie Motoren und Generatoren, die wiederum in nahezu allen Bereichen der Gesellschaft eingesetzt werden – in der Elektrotechnik, in der Fertigung, bei Konsumgütern und im Transportwesen. Magnete sind eine entscheidende Komponente in Bereichen wie der Verteidigung und werden für Instrumente, Waffen und Fahrzeuge (Land, Luft und See) verwendet. Im Juli 2019 unterzeichneten die Vereinigten Staaten einen Beschluss des Präsidenten, um dem Sicherheitsrisiko des Landes durch die Abhängigkeit von ausländischen Gegnern bei Magneten zu begegnen. Dieses Single-Source-Modell stellt eine offensichtliche Chance für Unternehmen dar, die in der Lage sind, die Quelle zu erschließen, aber es birgt auch eine sehr klare und gegenwärtige Gefahr der Unterbrechung einer magnetischen Lieferkette, bei der Materialien für ein Produkt nur von einem, manchmal wirtschaftlich feindlichen Ort bezogen werden können.

Mit seinem innovativen Ansatz in der Magnettechnologie ist das Advanced Magnet Lab, Inc. (AML) mit Sitz in Melbourne, Florida, bereit, genau das zu erreichen.

China dominiert die Seltenerdmagnetindustrie (REMI) und produziert mehr als 85 % des weltweiten Angebots. Chinas vertikale Integration von billigen Arbeitskräften, Rohstoffen und unsicheren Umweltstandards hat zu einer „hohen Markteintrittsbarriere“ für Wettbewerber weltweit geführt. Magnete sind eine Ware, die in Kilogramm- und Tonnenmengen verkauft wird. Historisch gesehen konnten Unternehmen, die in die Magnetlieferkette eingestiegen sind, aufgrund der Fähigkeit Chinas, den Markt zu kontrollieren, nicht konkurrieren.

Während der Maßstab zunahm und die Materialien weiterentwickelt und verbessert wurden, sind die zur Herstellung von Magneten verwendeten Materialien, die Magnettechnologie und die Methoden zur Herstellung von Magneten seit Jahrzehnten dieselben. Herkömmliche Magnete und Baugruppen sind teuer und beschränken die Konstrukteure auf Konfigurationen, die nicht auf Leistung und Kosten der Endprodukte wie Motoren und Generatoren optimiert sind. Magnete werden in Blöcken hergestellt, dann in kleine Stücke geschnitten und als Handelsware verkauft. Außerdem sind sie in Form, Größe und meist nur in einer Richtung magnetisiert, was bedeutet, dass die größten Motoren auf dem Markt Dutzende, Hunderte und manchmal Tausende von Magneten in einer Baugruppe erfordern. Bei sehr starken Magnetfeldern ist der Einbau in einen Motor aufwendig und kostspielig. Darüber hinaus geht der Trend zu höherwertigerer und besserer Leistung, was teurere Rohstoffe und Herstellung erfordert und eine unklare Landschaft des geistigen Eigentums aufweist.

Um Chinas Vormachtstellung zu brechen, sind Innovationen erforderlich, um eine nachhaltige REMI-Lieferkette zu ermöglichen, die die Technologie neu erfindet und das REMI transformiert. AML erfindet die REMI-Lieferkette neu und befasst sich mit jedem Element der Lieferkette – Materialien, Fertigung, Leistung und Montage.

Der Ansatz von AML besteht nicht darin, kleine Teile von Magnetblöcken abzuschneiden und Magnete als Massenware zu verkaufen. AML-Magnete werden im Hinblick auf optimale Größe, Form und Magnetisierung entwickelt und hergestellt, was zu einer höheren Leistung und geringeren Kosten für das Endprodukt führt.

AML konzentriert sich auf mehrere Schlüsselaspekte, um dies zu erreichen, darunter:

AML verfügt über eine breite Palette von Lösungen in seinem Portfolio, um die Magnetlieferkette neu zu erfinden.

PM-Wire™

AML hat PM-Wire entwickelt – eine neuartige Lösung für die Entwicklung und Herstellung von Magneten, die die Leistung verbessert und die Kosten von Endprodukten wie Motoren und Generatoren senkt. Dieser Ansatz ist die ideale Methode zur Herstellung von Magneten. Er verwendet einen „drahtähnlichen“ Herstellungsprozess, bei dem alle kritischen Prozessparameter für jeden Magnetlegierungstyp – einschließlich Nicht-Seltenerdmaterialien – angepasst und präzise eingehalten werden können.

PM-UNIFORM™

Diese bestehen aus geraden, gebogenen, ringförmigen oder spiralförmigen Magneten mit transversaler oder radialer Magnetisierung, können in Meterlängen hergestellt werden und bieten kostengünstigere Montage und eine geringere Teileanzahl.

PM-AXIAL™ für Motoren

Hierbei handelt es sich um gebogene Magnete mit axialer Magnetisierung, die Rotortopologien mit bahnbrechenden Vorteilen ermöglichen. Der PM-AXIAL verfügt über eine höhere Leistung, mit Halbach-Leistung, Betrieb bei höheren Temperaturen und einer reduzierten Umhüllung und Eindämmungshülle. Da es eisenfrei ist, wird auch das Gewicht reduziert. Darüber hinaus sind die Baugruppen kostengünstiger, da die Anzahl der Teile geringer ist, die Montage einfacher ist und Materialien von geringerer Qualität und geringeren Kosten sind.

PM-360™

Der PM-360 ist ein gerader, ringförmiger oder spiralförmiger Magnet mit „kontinuierlich wechselnder Magnetisierungsrichtung“ und bietet eine höhere Leistung, die besser als die von Halbach ist, sowie ein geringeres Gewicht, da er eisenfrei ist. Der PM-360 verfügt außerdem über eine geringere Teileanzahl und ist einfach zu montieren, was zu geringeren Montagekosten für die REMI-Lieferkette führt.

Beispiele für PM-Wire-Lösungen

Der Ersatz herkömmlicher Magnete durch PM-Draht verbessert die Leistung und senkt die Kosten von Motoren. Im Folgenden finden Sie drei Beispiele aus der Praxis, die die Auswirkungen der Technologie veranschaulichen:

Der Ansatz von AML für die REMI-Lieferkette ist technologisch und geschäftlich einzigartig. Das Unternehmen konzentriert sich auf das Endprodukt und lässt diese Anforderungen die beste PM-Wire-Lösung bestimmen. AML konkurriert nicht auf dem standardisierten „Me-too“- und „Stück-Teil“-Magnetmarkt.

PM-Wire-Entwicklungsphasen

Die Entwicklung von PM-Wire durchlief mehrere Phasen, darunter:

Entwicklung von PM-Wire-Anwendungen

AML verfügt über einzigartige Erfahrung in der Entwicklung magnetbasierter Systeme, einschließlich Motoren und Generatoren. Mithilfe proprietärer Software arbeitet das Unternehmen anhand von drei Szenarien direkt mit den Endproduktkunden zusammen. Das erste ist das „Plug-and-Play“-Design, bei dem herkömmliche Magnete entfernt und dann mit PM-Wire-Magneten optimiert werden, ohne dass sich das Statordesign ändert. Als nächstes erfolgt die Optimierung eines bestehenden Designs, wobei ein Maschinendesign einschließlich Stator optimiert und dann mit PM-Drahtmagneten weiter optimiert wird. Schließlich gibt es die Generierung eines neuen Designs und die Mitentwicklung einer neuen Maschine, die mit PM-Wire-Magneten optimiert ist.

AML arbeitet mit ReElement Technologies (ReElement) zusammen – einem Unternehmen, das groß angelegte Produktionskapazitäten für das Recycling von Altprodukten wie Windkraftanlagen, Motoren und Verbraucherprodukten aufbaut.

Für die Magnetlieferkette ist die Extraktion von Seltenerdoxiden mithilfe eines sauberen und effizienten Chromatographieverfahrens erforderlich. Die Zusammenarbeit wird zu Produktionsanlagen führen, die ausgediente Produkte recyceln und PM-Drahtmagnete für neue Produkte herstellen.

ReElement kann auf über 40 Jahre Entwicklung und kommerziellen Erfolg in der Pharma-, Insulin- und Zuckerindustrie zurückblicken. Hierbei handelt es sich nicht um eine neuartige Technologie, sondern vielmehr um eine neue Anwendung einer bestehenden. Sein Ansatz hat sich im kommerziellen Maßstab als wirksam erwiesen, um sowohl Seltenerdelemente (REEs) als auch kritische Batteriemineralien mit hohem Durchsatz zu ultrahoher Reinheit abzutrennen und zu reinigen. Durch seine mehr als 40-jährige Entwicklung und kommerzielle Anwendung kann ReElement Massenbilanzberechnungen sehr genau einbinden, um sich sehr schnell an unterschiedliche Ausgangsmaterialien anzupassen und angestrebte Ausbeute- (mehr als 95 %) und Reinheitsziele (mehr als 99,9 %) sehr effizient zu erreichen.

Der Marktansatz von AML ist einzigartig. AML konzentriert sich auf das Wesentliche: das magnetbasierte Endprodukt wie einen Motor und die Optimierung des Motors hinsichtlich Leistung und Kosten. Im Gegensatz zum herkömmlichen Ansatz bietet PM-Wire den Ingenieuren völlig neue Knöpfe, an denen sie drehen können, um das Motordesign zu optimieren. PM-Wire kann mit allen bestehenden gesinterten Magnetlegierungen verwendet werden und eröffnet neue Märkte für ungesinterte. Motordesigns können jetzt vollständig hinsichtlich der Leistung optimiert werden, einschließlich Gewicht, Drehmoment, Betriebstemperatur und einfacher Montage.

Der Optimierungsprozess berücksichtigt die einzigartige Erfahrung von AML mit proprietärer Software und bietet ein umfassendes Design, das alle Aspekte des Endproduktdesigns für die Magnetlieferkette berücksichtigt. AML führt beispielsweise Designstudien durch, die eine vollständige Palette von Legierungsmaterialien berücksichtigen, die von nicht seltenen Erden über nicht gesinterte anisotrope bis hin zu gesinterten Legierungen reichen.

AML ist heute in der Lage, ungesinterte Magnetlösungen mit voller Geschwindigkeit zu produzieren und so die Magnetlieferkette neu zu erfinden. Eine vom US-Verteidigungsministerium finanzierte hochmoderne Fertigungslinie wurde von AML-Ingenieuren entworfen, gebaut und in Betrieb genommen. Diese Roboterlinie hat die Kapazität, 2–6 m PM-Draht-Magnete pro Minute zu produzieren. AML produziert derzeit auch gesinterte PM-Draht-Magnete im Labormaßstab und wird in den nächsten 12 Monaten die Kapazitäten für gesinterte Magnete in vollem Umfang aufbauen.

AML wird von der US-Regierung und der Großindustrie bei der gemeinsamen Mission unterstützt, eine nachhaltige inländische Lieferkette aufzubauen. Zu den strategischen Partnern zählen das US-Verteidigungsministerium, das US-Energieministerium, die US-Marine, das Oakridge National Laboratory, US-amerikanische Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtunternehmen, ReElement und mehr.

Für weitere Informationen darüber, wie Sie Partner oder Kunde werden oder für allgemeine Anfragen wenden Sie sich bitte an [email protected] oder rufen Sie uns unter +1 321 728 7543 an. Um mehr über AML zu erfahren, besuchen Sie www.mitusmagnets.com oder verbinden Sie sich mit dem Unternehmen auf Facebook , Twitter und LinkedIn.

Bitte beachten Sie, dass dieser Artikel auch in der fünfzehnten Ausgabe unserer vierteljährlichen Publikation erscheinen wird.

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