Magnetkupplung für eine intravaskuläre Blutpumpe

Ein MedTech-Hersteller will eine Blutpumpe auf einem Katheter in Serie bringen. Der Prototyp misst 6 mm und läuft mit SmCo-Magneten, für die jede Lieferung eine Exportlizenz braucht. Die Serie misst 4 mm und nutzt NdFeB ohne schwere Seltene Erden: Sie überträgt 1.12 mNm, 91 % des Prototyps, und das Signal am Hall-Sensor weicht nur 3.8 % ab. Dazu hat BOMATEC den Aussenmagneten ins Laufrad umspritzt, den Prozess qualifiziert und die Versorgung ausserhalb Chinas aufgesetzt.

• 6 → 4 mm Aussendurchmesser
• 1.12 mNm Kippmoment, 91 % des Prototyps
• Ohne Exportlizenz: NdFeB ohne Dysprosium und Terbium statt SmCo

Repräsentativer Fall, zusammengesetzt aus zwei BOMATEC-Projekten und vorgestellt am Medica Tech Forum 2026. Masse und Zahlen stammen aus einer Magnetfeldsimulation mit angenommener Geometrie, nicht aus Kundendaten.

Kleiner, gleich stark und lizenzfrei: Jede dieser Vorgaben verschärft die anderen. Deshalb müssen sie gemeinsam gelöst werden.

• −56 % Magnetquerschnitt, wenn alle Masse mit dem Durchmesser von 6 auf 4 mm schrumpfen.
• Br ↑: Es braucht mehr Remanenz, als SmCo liefert, um das Drehmoment zu halten – also NdFeB.
• HcJ ↓: Die Koerzitivfeldstärke von NdFeB ist bei 20 °C ähnlich wie bei SmCo, sinkt aber rund dreimal so schnell mit der Temperatur (ca. 0.6 %/K gegenüber 0.2 %/K).
• −10 % Flussdichte verlor ein vergleichbarer, magnetisierter NdFeB-Magnet beim Umspritzen.
• +Dy/Tb: Die übliche Abhilfe stellt die Koerzitivfeldstärke wieder her – und bringt die Exportlizenz zurück.

Bevor wir etwas ändern, bauen wir den 6-mm-Prototyp als Magnetmodell nach: Innenmagnet und Aussenring aus SmCo, Titanwand, Laufradnabe und den Hall-Sensor im Motorflansch. Das Modell liefert 1.23 mNm Kippmoment und 37.4 mT am Sensor. Dann gleichen wir es mit der Messung am realen Teil ab. Bildet das Modell den Prototyp nicht ab, optimiert jeder weitere Schritt nur den Fehler.

Wichtig sind auch die Teile um den Magneten: Die Spülhülse mit ihren Kanälen liegt im Feld. Ein ferromagnetischer Edelstahl wie AISI 416 würde das Ergebnis verschieben. Deshalb geben wir sie unmagnetisch vor, aus PEEK oder 316L, und prüfen sie mit FEM.

Model check: Simulation 37.4 mT, Messung am Prototyp 38.6 mT. Abweichung −3.0 % – das Modell trägt für die nächsten Schritte.

Mit dem validierten Modell variieren wir Bohrung, Aussendurchmesser und Länge des Aussenrings, den Durchmesser des Innenmagneten, die Sorte, die Polzahl und die Segmente im Ring. Zwei Ziele gelten gleichzeitig: Kippmoment innerhalb ±20 % des Prototyps, also 0.98 bis 1.47 mNm, und Feld am Hall-Sensor innerhalb ±5 %.

Einfach verkleinert überträgt die Kupplung nur noch 0.33 mNm: Die Magnete werden kleiner, Titanwand und Spalte schrumpfen nicht mit. HRE-freies NdFeB (BMN-48H) hebt das Drehmoment, nach dem Umspritzverlust aber nur auf 0.65 mNm, und am Sensor fehlen 29 %. Denn das Sensorfeld hängt an Volumen und Remanenz der Magnete, das Drehmoment am Feld im Spalt. Ein Aussenring aus vier Segmenten schickt mehr Fluss in den Spalt: 2.66 mNm, aber 41 % weniger Signal. Vier Pole bringen etwa dasselbe Drehmoment, heben sich nahe der Achse aber fast ganz auf (−91 %). Also bleibt es beim einteiligen 2-Pol-Ring. Mehr Volumen und die stärkste HRE-freie Sorte BMN-52SH holen beide Ziele zurück.

Ergebnis: BMN-52SH, Innenmagnet Ø 2.1 mm, Aussenring Ø 2.7/3.7 mm, 7.5 mm lang: 1.12 mNm und −3.8 % am Sensor. Der beste von 156 Kandidaten der Rastersuche.

Wir umspritzen den Aussenmagneten direkt ins Laufrad, auf den Spritzgussmaschinen in unserem Werk in Malaysia. Magnet und Laufrad werden im selben Schuss gefügt und abgedichtet: kein Klebstoff, keine separate Dichtung im Blutpfad. Der Kunststoff kapselt den Parylene-beschichteten Magneten vollständig, keine Magnetoberfläche berührt Blut. Und das Werkzeug legt fest, wo der Magnet sitzt: Das hält ihn konzentrisch und den Spalt klein.

Die dünne Spülhülse bleibt ein Einlegeteil aus unmagnetischem Edelstahl 316L, weil ihre Wände selbst für PEEK zu dünn sind. Die Spülkanäle werden nach dem Umspritzen gelasert, das vereinfacht das Handling.

Der Aussenring wird vor dem Umspritzen magnetisiert und verliert dabei rund 10 % Fluss. Erst nach dem Umspritzen zu magnetisieren würde das vermeiden, doch bei 4 mm ist das Teil dafür zu klein. Sorte und Volumen gleichen den Verlust aus (Schritt 02).

Neuer Magnetwerkstoff, neuer Prozess: IQ (Installation), OQ (Prozessfenster) und PQ (Serienbetrieb) laufen erneut. Diese Arbeit fällt nicht weg, aber Sie tragen sie nicht allein. Wir dokumentieren unseren Prozessschritt und unterstützen Sie bis zur FMEA.

Jede Charge wird vor dem Versand geprüft: die Magnetwerte jeder Sintercharge an einem Standard-Prüfwürfel, die Masse am Teil selbst, die Beschichtung im Salzsprühtest über 96 Stunden. Den Stichprobenumfang legen Sie fest, oft sind es 100 %. Deshalb kann Ihre eigene Wareneingangsprüfung entfallen.

• Validierung: Dokumentation für unseren Prozessschritt, bis zur FMEA
• Jede Charge geprüft: Magnetwerte, Masse, Beschichtung
• Rückverfolgbar: Jedes Teil bis zur Rohmaterialcharge, Audits vor Ort willkommen
• IATF 16949: Gleiche Prüfmittel in der Schweiz, in Malaysia und China

Unser Werk in Malaysia spritzt, umspritzt, presst und montiert, ausserhalb Chinas. Gesinterte Magnete beziehen wir bei Bedarf von Partnern ausserhalb Chinas. Beim Kunden liegt ein Konsignationslager: Die Teile bleiben unser Eigentum, bis er sie entnimmt. Ein Sicherheitslager in der Schweiz dimensionieren wir nach seinem Bedarf; ein Kunde hält bei uns den Bedarf von zwei Jahren.

• Fertigung ausserhalb Chinas: Eigenes Werk in Malaysia, Sintermagnete von Partnern ausserhalb Chinas
• Konsignationslager: entlastet die Liquidität des Kunden
• Sicherheitslager Schweiz: Puffer gegen Lieferunterbrüche, nach Bedarf dimensioniert

• Repräsentative Geometrie, keine Kundenmasse. Titanwand 0.2 mm, Spalte je 0.05 mm; beide schrumpfen beim Verkleinern nicht mit.
• Magnetostatische Rechnung ohne Drehzahl, Temperatur und Wirbelströme. Remanenz nominal bei 20 °C.
• Innenmagnet und Aussenring 2-polig, einteilig diametral magnetisiert, ohne Rückschluss.
• Umspritzverlust 10 % am NdFeB-Aussenring, weil er vor dem Umspritzen magnetisiert wird. Der SmCo-Prototyp verliert nichts.
• Spülhülse und Motorwelle unmagnetisch (PEEK oder 316L), deshalb nicht modelliert. Zwischen Magnet und Sensor liegt ein Keramiklager, kein Stahl.
• Hall-Sensor 1 mm neben der Achse, 3 mm vor der motorseitigen Magnetstirnseite. Verglichen wird das Maximum über eine Umdrehung.
• Beide Ziele gelten gegen den simulierten Prototyp. Die Messung am Prototyp dient nur dem Abgleich des Modells.

Als Nächstes prüfen unsere Ingenieure mit FEM die unmagnetische Spülhülse mit ihren Kanälen und die Wirbelströme in der Titanwand.

1. Behandeln Sie den Magneten von der ersten Skizze an als Designvariable.
2. Validieren Sie die Simulation am Prototyp, bevor Sie optimieren.
3. Planen Sie Qualifizierung und Versorgung schon im Konzept, nicht erst zum SOP.
4. Sprechen Sie uns früh an. Dann legen wir den Magneten um Ihre anderen Anforderungen herum aus.

Warum nicht einfach beim SmCo bleiben?

SmCo braucht für jede Lieferung aus China eine Exportlizenz. Im Schnitt dauert das rund 65 Tage, und die Regeln ändern sich mit der Politik. Eine Quelle ausserhalb Chinas gibt es für SmCo bei uns nicht. Für eine Serie mit planbarer Versorgung war das zu riskant.

Warum nicht NdFeB mit Dysprosium oder Terbium?

Diese schweren Seltenen Erden heben die Koerzitivfeldstärke und machen NdFeB temperaturfester. Sie fallen aber selbst unter die chinesischen Exportkontrollen. Man hätte eine Lizenz gegen die nächste getauscht.

Warum wird die Kupplung länger?

Weil bei 4 mm Durchmesser Magnetvolumen fehlt, und davon hängen Drehmoment und Sensorsignal ab. Ein dickerer Aussenring und 7.5 statt 5 mm Länge holen zusammen mit der Sorte BMN-52SH beide Ziele zurück. Mehr als das 1.5-Fache der alten Länge war nicht erlaubt.

Warum nicht erst nach dem Umspritzen magnetisieren?

Weil der Aussenring bei 4 mm dafür zu klein ist. Bei grösseren Teilen vermeidet das Magnetisieren nach dem Umspritzen den Flussverlust durch die Prozesswärme. Hier wird der Ring vorher magnetisiert und verliert rund 10 %; Sorte und Volumen gleichen das aus.

Lässt sich das auf andere Produkte übertragen?

Das Vorgehen schon: Modell am Bestand validieren, gegen alle Ziele zugleich iterieren, Fertigung, Qualifizierung und Versorgung früh mitplanen. Ob ein lizenzfreier Werkstoff reicht, prüfen wir für jeden Magneten einzeln.

Eine Kupplung, ein Sensormagnet, ein Aktor: überall dort, wo der Magnet schwieriger wurde als gedacht. Patrick Muschak, Sales Engineer Medical & Life Sciences, freut sich auf Ihre Anfrage.