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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Wertgeber aus
Gummi zur Verwendung bei der Detektion der Drehzahl eines sich drehenden
Elementes.
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Bestimmte
magnetische Wertgeber aus Gummi, die zur Detektion der Drehzahl
eines sich drehenden Elementes oder dergleichen bestimmt sind, beinhalten
eine magnetische Gummianordnung, bei der ein magnetischer Gummi
fest mit einem ringförmigen
Metallinnenteil verbunden ist und eine Mehrzahl von zueinander entgegengesetzten
magnetischen Polen aufweist, die derart magnetisiert sind, dass
sie längs
einer Umfangsrichtung des Metallinnenteils einander abwechseln.
Während
der Benutzung wirkt der magnetische Wertgeber aus Gummi mit einem
magnetischen Sensor zusammen, der in einer Kopf-an-Kopf-Anordnung
mit dem magnetischen Wertgeber aus Gummi angeordnet ist, so dass,
während
sich der magnetische Wertgeber aus Gummi zusammen mit dem sich drehenden
Element dreht, der magnetische Sensor den Durchgang der zueinander entgegengesetzten
magnetischen Pole detektieren kann und dadurch ein elektrisches
Ausgangssignal zur Verfügung
stellen kann, das mittels der Frequenz der zueinander entgegengesetzten
magnetischen Pole, die die Vorderseite des magnetischen Sensors
passiert haben, die Drehzahl des sich drehenden Elementes anzeigt.
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Um
die Auflösung
des magnetischen Wertgebers aus Gummi zu erhöhen, muss der Polarisierungsabstand
auf dem aus magnetischen Gummi gefertigten Magnetmittel, also der
Polarisierungsabstand der einander abwechselnden magnetischen Pole,
so weit wie möglich
verkleinert werden. 2 illustriert
den Zusammenhang zwischen dem Polarisierungsabstand p und der Magnetisierungsstärke b, und
es ist nachvollziehbar, dass, wenn der Polarisierungsabstand p abnimmt,
um die Auflösung
zu erhöhen,
die Magnetisierungsstärke
b entsprechend mit abnimmt.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. 3-130615 offenbart die Bestimmung
der optimalen Dicke eines magnetisierten Gummis, um durch eine Optimierung
des Verhältnisses
zwischen der Dicke w des magnetischen Gummis und dem Polarisierungsabstand
b, wenn letzterer im Bereich zwischen ungefähr 0,25 mm und 2,5 mm liegt,
eine maximale Magnetisierungsstärke
bmax zu erhalten. Gemäß dieser Patentveröffentlichung wurde
die optimale Dicke w des magnetischen Gummis mit ungefähr 1,25
p berechnet, wobei das Verhältnis zwischen
der Dicke w und dem Polarisierungsabstand p in einem Bereich von
1,25 ± 25
% gewählt
wird.
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Bei
der Durchführung
ausführlicher
Studien, bei denen der Polarisierungsabstand p und die Dicke des magnetisierten
Gummis w geändert
wurden, wurde jedoch festgestellt, dass keine maximale Magnetisierungsstärke bmax erzielt werden konnte, wenn die Dicke
w des magnetisierten Wertgebers aus Gummi ungefähr das 1,25-fache des Polarisierungsabstandes
p mit einem Polarisierungsabstand p im Bereich von ungefähr 0,5 mm bis
1,5 mm betrug.
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Dementsprechend
zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, einen magnetischen Wertgeber
aus Gummi zur Verfügung
zu stellen, der einen Gummimagneten verwendet, bei dem innerhalb
eines vorab bestimmten Bereiches des Polarisierungsabstandes die
maximale Magnetisierungsstärke
für den
gewählten
Polarisierungsabstand erzielt werden kann.
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Um
die voranstehende Aufgabe zu lösen,
stellt die vorliegende Erfindung einen magnetischen Wertgeber aus
Gummi zur Verfügung,
der ein ringförmiges
magnetisches Bauteil aufweist, das aus einem Gummimaterial gefertigt
ist, welches ein magnetisches Material enthält, und längs einer Umfangsrichtung eine
Mehrzahl aufeinander abfolgender zueinander entgegengesetzter magnetischer
Pole aufweist. Die zueinander entgegengesetzten magnetischen Pole
sind in Intervallen mit einem Polarisierungsabstand p angeordnet,
der den Ab stand zwischen einander benachbarten magnetischen Polen
anzeigt, und die magnetischen Bauteile haben eine Dicke w, die mit
dem Polarisierungsabstand p in einer Beziehung steht, die durch
folgende Formel ausgedrückt
wird: 0.4 p ≤ w ≤ 1.0 p (1).
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass der magnetische Wertgeber aus Gummi
gemäß der vorliegenden
Erfindung sowohl ein Radialtyp, als auch ein Axialtyp sein kann.
Die Dicke w des magnetischen Bauteils wird in einer Richtung gemessen,
die der Detektionsrichtung entspricht. Bei einem Radialtyp wird
die Dicke w dementsprechend in einer radial zum magnetischen Wertgeber
aus Gummi verlaufenden Richtung gemessen, während bei einem Axialtyp die
Dicke w in einer axial zum magnetischen Wertgeber aus Gummi verlaufenden Richtung
gemessen wird.
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Gemäß der Ergebnisse
der durchgeführten
Experimente wurde herausgefunden, dass, wenn der Polarisierungsabstand
p innerhalb eines vorab bestimmten Bereiches liegt, die Wahl von
(0,4 p ≤ w ≤ 1,0 p) für die Beziehung
zwischen dem Polarisierungsabstand p und der Dicke w, die in radialer
Richtung gemessen wird, die maximale Magnetisierungsstärke bmax für
die jeweiligen Polarisierungsabstände wirkungsvoll sicherstellt.
Um die Auflösung
des magnetischen Wertgebers aus Gummi zu erhöhen, kann die maximale Magnetisierungsstärke erreicht
werden, wenn die Dicke des in Form eines Gummimagneten ausgebildeten
magnetischen Bauteils so gewählt
und so angepasst wird, dass sie die Beziehung 0,4 p ≤ w ≤ 1,0 p erfüllt.
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Der
vorab bestimmte Bereich des Polarisationsabstandes wurde in den
Experimenten zwischen 0,5 und 1,5 mm gewählt. Dieser Bereich des Polarisierungsabstandes
erlaubt es, dass die Beziehung zwischen dem Polarisierungsabstand
p und der Dicke w des magnetischen Bauteils die voranstehende Formel
(1) erfüllt.
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Das
magnetische Material des magnetischen Bauteils kann ein anisotropes
Ferritmaterial sein, Ferritmaterial ist kostengünstig und hat ausgezeichnete
Eigenschaften als magnetisches Material. Von den unterschiedlichen
Ferritmaterialien weist anisotropes Ferritmaterial einfach magnetisierbare
und hoch ausrichtbare Magnetisierungsachsen (highly oriented easy
magnetization axis) auf. Daher erlaubt es die Verwendung von anisotropem
Ferritmaterial, das magnetische Material in hohem Maße auszurichten,
was eine Verbesserung der maximalen Magnetisierungsstärke bmax des magnetischen Bauteils sicherstellt.
Weiterhin kann das Ferritmaterial kostengünstig hergestellt werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele; die Zeichnungen
sind dabei zum Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung
angegeben.
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In
den beigefügten
Zeichnungen werden zur Bezeichnung gleichartiger Teile in den unterschiedlichen Ansichten
die gleichen Bezugsziffern verwendet. Es zeigen:
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1A eine seitliche Schnittdarstellung
eines magnetischen Wertgebers aus Gummi gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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1B einen Teilausschnitt
des in 1A gezeigten
magnetischen Wertgebers aus Gummi in einem vergrößerten Maßstab in Draufsicht von vorne;
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2 eine Funktionskurve, die
den Zusammenhang zwischen dem Polarisierungsabstand p und der Magnetisierungsstärke b zeigt;
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3 eine Funktionskurve, die
den Zusammenhang zwischen der Dicke w und der Magnetisierungstärke b zeigt,
wenn unterschiedliche Polarisierungsabstände gewählt werden; und
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4A eine schematische Ansicht
eines Polarisierungsgerätes;
und
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4B einen Teilausschnitt
des Gerätes
in schematischer Draufsicht, die die Art der Polarisierung des Gummimaterials
zeigt, um einen Gummimagneten zur Verfügung zu stellen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. In den 1 und 2 ist ein magnetischer Wertgeber
aus Gummi 1 gezeigt, der ein ringförmiges magnetisches Bauteil 2 beinhaltet,
das aus einem Gummimaterial, das ein magnetisches Material enthält, gefertigt
ist. Das ringförmige
magnetische Bauteil 2 hat eine Mehrzahl zueinander entgegengesetzter
magnetischer Pole N und S, die derart magnetisiert sind, dass sie
in einer Umfangsrichtung einander abwechseln. Die einander abwechselnden
magnetischen Pole N und S sind in gleichmäßigen Intervallen mit einem
vorab bestimmten Polarisierungsabstand p zueinander angeordnet.
Das magnetische Bauteil 2 ist starr befestigt und beispielsweise
durch Vulkanisieren an den äußeren Rand
eines ringförmigen
Metallinnenteils 3 geklebt. Das magnetische Material ist
ein magnetisches Pulver eines beispielsweise anisotropischen Ferritmaterials.
Das magnetische Bauteil 2 wird durch Mischen des magnetischen
Pulvers mit dem Gummimaterial, Formen der entstehenden Mischung,
Vulkanisieren der geformten Mischung und Magnetisierung der vulkanisierten
Mischung in Gestalt eines Gummimagneten hergestellt. Als magnetisches
Pulver kann auch ein anderes geeignetes Material als anisotropes
Ferritmaterial verwendet werden.
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Der
magnetische Wertgeber aus Gummi 1 ist derart gestaltet,
dass der Polarisierungsabstand p und die Dicke w des magnetischen
Bauteils 2 zueinander die folgende Beziehung aufweisen: 0,4 p ≤ w ≤ 1,0 p.
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Es
wird jedoch darauf hingewiesen, dass, falls das magnetische Bauteil 2 vom
radialen Typ ist, der Polarisierungsabstand p einen Wert aufweist,
der dem Umfang des magnetischen Bauteils 2 geteilt durch
die Anzahl der Pole entspricht.
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Während der
Benutzung ist ein magnetischer Sensor (nicht dargestellt) wie eine
Hall-Sonde in einer Kopf-an-Kopf-Anordnung mit der äußeren Umfangsfläche oder
der ringförmigen
Seitenfläche
des magnetischen Bauteils 2 derart angeordnet, dass, wenn
sich der magnetische Wertgeber aus Gummi 1 gemeinsam mit
dem sich drehenden Element dreht, der magnetische Sensor den Durchgang
der zueinander entgegengesetzten Pole N und S detektieren kann und
dadurch ein elektrisches Ausgangssignal zur Verfügung stellt, das mittels der
Frequenz der zueinander entgegengesetzten magnetischen Pole die
Drehzahl des sich drehenden Elementes anzeigt.
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Der
magnetische Wertgeber aus Gummi 1 kann sowohl vom Radialtyp
als auch vom Axialtyp sein. Bei einem Radialtyp ist der magnetische
Sensor in einer Kopf-an-Kopf-Anordnung mit der äußeren Umfangsfläche des
magnetischen Bauteils 2 angeordnet, wohingegen bei einem
Axialtyp der magnetische Sensor in einer Kopf-an-Kopf-Anordnung
mit der ringförmigen
Seitenfläche
des magnetischen Bauteils 2 angeordnet ist.
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Dementsprechend
ist es bei einem Radialtyp zu bevorzugen, dass das magnetische Bauteil 2 eine Längsprofilform
und eine Magnetisierung aufweist, die derart gewählt sind, dass ein großer Anteil
der vom magnetischen Bauteil 2 erzeugten magnetischen Flüsse in einer
radialen Richtung erhalten werden kann. Auf der anderen Seite ist
es bei einem Axialtyp zu bevorzugen, dass das magnetische Bauteil 2 eine
Längsschnittform und
eine Magnetisierung hat, die derart gewählt sind, dass große Anteile
der vom magnetischen Bauteil 2 erzeugten magnetischen Flüsse in einer
axialen Richtung erhalten werden können.
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Das
magnetische Bauteil 2 hat eine Dicke w, die in einer Richtung
gemessen wird, die der Richtung entspricht, in der magnetische Flüsse detektiert
werden, also beim Radialtyp in einer radialen Richtung oder beim
Axialtyp in einer axialen Richtung. 1A und 1B stellen das magnetische
Bauteil 2 zur Verwendung mit einem magnetischen Wertgeber
aus Gummi 1 vom Radialtyp dar.
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Der
in den 1A und 1B dargestellte magnetische
Wertgeber 1 vom Radialtyp wurde getestet. Die Einzelteile
des getesteten magnetischen Wertgebers 1 wiesen folgende
Größen auf.
Das magnetische Bauteil 2 hatte einen inneren Durchmesser
D von 44 mm und eine axiale Breite t1 von 3,6 mm. Das Metallinnenteil 3 hatte
eine axiale Breite t2 von 6,4 mm. Das magnetische Bauteil 2 wurde
in der oben beschriebenen Weise in Form eines aus Ferritmaterial
hergestellten anisotropen Gummimagneten gefertigt. Die Magnetisierung
des Gummimagneten wurde unter den in der unten stehenden Tabelle
1 genannten Bedingungen durchgeführt.
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Insbesondere
wurde die Magnetisierung unter Verwendung eines Polarisierungsgeräts mit einem
Aufbau durchgeführt,
bei dem, wie in
4 dargestellt,
eine Magnetisierungsspule
10 um ein Joch
11 gewickelt ist,
und basierte auf einer Magnetisierung der Markierungen während eines
Hindurchbewegens (feed-through index magnetization), bei der die
zueinander entgegengesetzten magnetischen Pole N und S des magnetischen
Wertgebers aus Gummi jeweils einzeln und nacheinander längs einer
Umfangsrichtung des Wertgebers polarisiert wurden. Der verwendete
magnetische Sensor war eine Hall-Sonde, die ein analoges Ausgangssignal
zur Verfügung
stellt und in einer Kopf-an-Kopf-Anordnung mit der äußeren Umfangsfläche des
magnetischen Bauteils
2 angeordnet wurde. Tabelle
1
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3 stellt eine Funktionskurve
dar, die die Beziehung zwischen der radialen Dicke w und der Magnetisierungsstärke b des
magnetischen Bauteils 2 für jeden der durchgeführten Versuche
darstellt, wenn der Polarisierungsabstand p mit 0,5 mm (durch Kurve
{2) dargestellt), 0,7 mm (durch Kurve (3) dargestellt),
1,0 mm (durch Kurve (4) dargestellt) und 1,5 mm (durch
Kurve (5) dargestellt) gewählt wurde. Es ist klar zu erkennen, dass,
wenn der Polarisierungsabstand p reduziert wird (Kurve (5)
bewegt sich in Richtung der Kurve (2)), sich die Position
des Höchstwerts
der Kurve (peak position) der Magnetisierungsstärke d für jede Kurve nach links bewegt,
so wie dies in 4 zu
sehen ist.
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Es
ist ebenso leicht zu erkennen, dass jede der Kurven (2)
bis (5) einen Höchstwert
einnimmt, wenn die Dicke w in dem durch (6) angedeuteten
Bereich der Funktionskurve der 3 liegt.
Die Dicke w des magnetischen Gummis stellt, sofern sie sich innerhalb
des Bereiches (6) befindet, die optimale Dicke w des magnetisierten
Gummis dar, so dass innerhalb des Bereiches (6) die Beziehung
zwischen dem Polarisierungsabstand p und der Dicke w des magnetisierten
Gummis die Beziehung 0,4 p ≤ w ≤ 1.0 p erfüllt ist.
Mit anderen Worten kann die maximale Magnetisierungsstärke bmax bei einem gewählten Polarisierungsabstand
p erzielt werden, wenn die Dicke w des magnetisierten Gummis im
Bereich zwischen 0,4 mal dem Polarisierungsabstand p bis 1,0 mal
dem Polarisierungsabstand p gewählt
wird.
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Wie
anhand der oben beschriebenen Versuchsergebnisse ersichtlich ist,
kann der magnetische Wertgeber aus Gummi folgende Vorteile zur Verfügung stellen.
- (1) Wenn die Dicke w des magnetisierten Gummis
im Bereich zwischen 0,4 mal dem Polarisierungsabstand p bis 1,0
mal dem Polarisierungsabstand p gewählt wird, kann die maximale
Magnetisierungsstärke
bmax bei diesem gewählten Polarisierungsabstand
p erzielt werden.
- (2) Wenn es gewünscht
ist, dass die Auflösung
des magnetischen Wertgebers aus Gummi 1 erhöht wird, führt die
Verringerung des Polarisierungsabstands p zu einer Verringerung
der Magnetisierungsstärke
b, jedoch kann die maximale Magnetisierungsstärke gesichert werden, wenn
die Dicke w des magnetisierten Gummis so gewählt und angepasst ist, dass
sie mit dem Polarisierungsabstand p gemäß der voranstehenden Formel
in Beziehung steht.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung ausführlich in Verbindung mit bevorzugten
Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme der beigefügten
Zeichnungen, die jeweils nur zum Zwecke der Verdeutlichung verwendet
wurden, beschrieben wurde, wird der Fachmann problemlos eine Vielzahl
von offensichtlichen Änderungen
und Modifikationen nach dem Lesen der gegebenen Beschreibung der
vorliegenden Erfindung erhalten können. So kann beispielsweise
der magnetische Wertgeber aus Gummi gemäß der vorliegenden Erfindung in
gleichartiger Weise beispielsweise für eine ein Rad haltende Lageranordnung
oder andere Rolllageranordnungen verwendet werden.
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Ebenso
ist, obwohl bei der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung der magnetische Wertgeber aus Gummi 1 mit
einem Metallinnenteil 3 versehen dargestellt und beschrieben
wurde, die Verwendung eines Metallinnenteils 3 nicht unbedingt
erforderlich, so dass ein solches auch entfallen kann. Beispielsweise
kann das magnetische Bauteil 2 direkt auf einem zu beobachtenden,
sich drehenden Bauteil, wie beispielsweise der Innenbahn oder der
Außenbahn
einer Lageranordnung, vorgesehen werden.
