DE102004023313B4

DE102004023313B4 - Magnetischer Impulsgeber aus Gummi

Info

Publication number: DE102004023313B4
Application number: DE102004023313.6A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Isobe
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: JP2004340771A; US20040227648A1; DE102004023313A1; US6927705B2

Abstract

Magnetischer Wertgeber aus Gummi (1), aufweisend:ein ringförmiges magnetisches Bauteil (2), das aus einem Gummimaterial, welches ein magnetisches Material enthält, gefertigt ist, und in einer Umfangsrichtung des magnetischen Bauteils (2) eine Mehrzahl von aufeinander folgenden, zueinander entgegengesetzten magnetischen Polen (N, S) aufweist,und bei dem die zueinander entgegengesetzten magnetischen Pole in Intervallen mit einem Polarisierungsabstand p vorgesehen sind,der den Abstand zwischen zueinander benachbarten magnetischen Polen anzeigt, wobei das magnetische Bauteil eine Dicke w aufweist, die in einer Richtung gemessen wird, die der Richtung entspricht, in der der magnetische Fluss detektiert wird,wobei der Polarisierungsabstand p und die Dicke w die Beziehung 0,4 p ≤ w ≤ 1,0 p erfüllen,wobei der Polarisierungsabstand p nicht kleiner als 0,5 mm und kleiner als 1,5 mm ist,wobei die Dicke w nicht kleiner als 0,4 mm und nicht größer als 3,0 mm ist,und wobei eine Magnetisierungsstärke (b) des magnetischen Bauteils mehr als 100 mT beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Wertgeber aus Gummi zur Verwendung bei der Detektion der Drehzahl eines sich drehenden Elementes.
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.
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.
Stand der Technik
Die japanische Offenlegungsschrift JP H03 130615 A 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 p, wenn letzterer im Bereich zwischen ungefähr 0,25 mm und 2,5 mm liegt, eine maximale Magnetisierungsstärke b_max 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. Die EP 1 452 871 A2 ist nachveröffentlichter Stand der Technik, die ein ringförmiges magnetisches Bauteil aus Gummi aufweist
Die EP 0 473 950 A1 beschreibt einen magnetischen Wertgeber aus einem beschichteten magnetischen Material, wobei Harzverbindungen als Bindemittel für magnetische Partikel dienen.
Aus der DE 690 02 433 T2 ist ein magnetischer Wertgeber aus Strontium-Ferrit bekannt und schließlich ist aus der EP 1 205 735 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Wertgebers bekannt.
Bei der Durchführung ausführlicher Studien, bei denen der Polarisierungsabstand p und die Dicke w des magnetisierten Gummis geändert wurden, wurde jedoch festgestellt, dass keine maximale Magnetisierungsstärke b_max 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.
Aufgabenstellung
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 p die maximale Magnetisierungsstärke b_max für den gewählten Polarisierungsabstand p erzielt werden kann.
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 Abstand 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: $0,4 p \leq w \leq 1,0 p$
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.
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 b_max 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.
Der vorab bestimmte Bereich des Polarisationsabstandes wird zwischen 0,5 und kleiner 1,5 mm gewählt. Dieser Bereich des Polarisierungsabstandes p erlaubt es, dass die Beziehung zwischen dem Polarisierungsabstand p und der Dicke w des magnetischen Bauteils die voranstehende Formel (1) erfüllt.
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 b_max des magnetischen Bauteils sicherstellt. Weiterhin kann das Ferritmaterial kostengünstig hergestellt werden.
Ausführungsbeispiel
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.
In den beigefügten Zeichnungen werden zur Bezeichnung gleichartiger Teile in den unterschiedlichen Ansichten die gleichen Bezugsziffern verwendet. Es zeigen:

1A eine seitliche Schnittdarstellung eines magnetischen Wertgebers aus Gummi gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
1B einen Teilausschnitt des in 1A gezeigten magnetischen Wertgebers aus Gummi in einem vergrößerten Maßstab in Draufsicht von vorne;
2 eine Funktionskurve, die den Zusammenhang zwischen dem Polarisierungsabstand p und der Magnetisierungsstärke b zeigt;
3 eine Funktionskurve, die den Zusammenhang zwischen der Dicke w und der Magnetisierungsstärke b zeigt, wenn unterschiedliche Polarisierungsabstände p gewählt werden; und
4A eine schematische Ansicht eines Polarisierungsgerätes; und
4B einen Teilausschnitt des Gerätes in schematischer Draufsicht, die die Art der Polarisierung des Gummimaterials zeigt, um einen Gummimagneten zur Verfügung zu stellen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den 1A und 1B 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.
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: $0,4 p \leq w \leq 1,0 p$
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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

Dicke w (mm) Polarisierungsabstand p (mm)

0,3 0,5 0,7 1,0 1,5

0,4 235 141 101 70 46

0,6 237 142 101 71 46

1,0 241 145 103 72 48

1,5 246 148 105 74 49

3,0 262 157 112 79 52
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 b für jede Kurve nach links bewegt, so wie dies in 3 zu sehen ist.
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 b_max 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.
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 b_max 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.

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.
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.

Claims

Magnetischer Wertgeber aus Gummi (1), aufweisend: ein ringförmiges magnetisches Bauteil (2), das aus einem Gummimaterial, welches ein magnetisches Material enthält, gefertigt ist, und in einer Umfangsrichtung des magnetischen Bauteils (2) eine Mehrzahl von aufeinander folgenden, zueinander entgegengesetzten magnetischen Polen (N, S) aufweist, und bei dem die zueinander entgegengesetzten magnetischen Pole in Intervallen mit einem Polarisierungsabstand p vorgesehen sind, der den Abstand zwischen zueinander benachbarten magnetischen Polen anzeigt, wobei das magnetische Bauteil eine Dicke w aufweist, die in einer Richtung gemessen wird, die der Richtung entspricht, in der der magnetische Fluss detektiert wird, wobei der Polarisierungsabstand p und die Dicke w die Beziehung 0,4 p ≤ w ≤ 1,0 p erfüllen, wobei der Polarisierungsabstand p nicht kleiner als 0,5 mm und kleiner als 1,5 mm ist, wobei die Dicke w nicht kleiner als 0,4 mm und nicht größer als 3,0 mm ist, und wobei eine Magnetisierungsstärke (b) des magnetischen Bauteils mehr als 100 mT beträgt.
Magnetischer Wertgeber aus Gummi nach Anspruch 1, wobei das magnetische Material ein anisotropes Ferritmaterial ist.