DE102005026548A1 - Metallstangen mit magnetischen Bitmustern sowie Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen der Bitmuster - Google Patents

Metallstangen mit magnetischen Bitmustern sowie Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen der Bitmuster Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Metallstangen mit magnetischen Bitmustern zur magnetsensorigen Positions- und Bewegungsbestimmung der Stangen. Außerdem beinhaltet die Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen der Bitmuster. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Metallstangen mit magnetischen Bitmustern diese so anzuordnen, dass das für die magnetsensorige Positions- und Bewegungsbestimmung außerhalb der Stange vorhandene Streufeld wesentlich größer und damit genauer detektierbar als bei den bekannten derartigen Metallstangen ist. Eingeschlossen in diese Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zum Erzeugen der neuen Bitmuster. DOLLAR A Die erfindungsgemäßen Metallstangen sind dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Bitmuster in Form radialer geschlossener Ringe vorhanden sind und die Magnetisierung senkrecht zur Stangenoberfläche ausgerichtet ist. DOLLAR A Zum Erzeugen der Bitmuster sind erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Einrichtung vorgesehen, bei denen die Metallstangen durch ein ringförmiges, elektromagnetisch erzeugtes Magnetfeld transportiert werden, dessen Feld senkrecht zur Oberfläche der Stangen ausgerichtet ist und das eine Fokussierung auf die Oberfläche aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft Metallstangen mit magnetischen Bitmustern zur magnetsensorigen Positions- und Bewegungsbestimmung der Stangen. Außerdem beinhaltet die Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erzeugen der Bitmuster.
  • Für ein Vielzahl von Anwendungen ist eine berührungslose und damit verschleißfreie Positionsmessung notwendig. Ein Anwendungsbereich sind beispielsweise Kolbenstangen von Dämpfungselementen, bei denen eine Positions- und Bewegungsbestimmung eine aktive Dämpfungsregelung ermöglicht. Aus Kostengründen bestehen diese Stangen üblicherweise aus einer ferromagnetischen Fe-Legierung und sind mit einer hartmagnetischen Schicht beschichtet. Zwischen dem Stangenmaterial und der hartmagnetischen Schicht befindet sich eine nichtmagnetische Schicht, beispielsweise aus Kupfer.
  • Diese Metallstangen werden am Ende der Herstellung durch eine longitudinale Magnetisierung mit einem Bitmuster versehen. Die Magnetisierung ist dabei entlang der Stange axial ausgerichtet. Nachteilig an dieser Magnetisierung ist, dass sich das Streufeld weitestgehend über die Metallstange schließt. Damit bleibt außerhalb der Metallstange, wo sich ein Magnetfelddetektor befindet, nur ein geringes Streufeld übrig. Hierdurch ist eine Messung schwierig und störanfällig. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass im Falle eines Verdrehens der Metallstange zusätzlich Detektionsfehler auftreten können.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Metallstangen mit magnetischen Bitmustern zur magnetsensorigen Positions- und Bewegungsbestimmung die Bitmuster so anzuordnen, dass das für die magnetsensorige Positions- und Bewegungsbestimmung außerhalb der Stange vorhandene Streufeld wesentlich größer und damit genauer detektierbar als bei den bekannten derartigen Metallstangen ist. Eingeschlossen in diese Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zum Erzeugen der neuen Bitmuster.
  • Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüche angegebenen Merkmalen der Erfindung gelöst.
  • Die erfindungsgemäßen Metallstangen sind dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Bitmuster in Form radialer geschlossener Ringe vorhanden sind und die Magnetisierung senkrecht zur Stangenoberfläche ausgerichtet ist.
  • Mit der erfindungsgemäßen Magnetisierung in Form radialer geschlossener Ringe, bei der die Magnetisierung senkrecht zur Stangenoberfläche ausgerichtet ist, kann gegenüber dem Stand der Technik ein deutlich höheres Streufeld außerhalb der Metallstangen detektiert werden. In dieser Geometrie wird die Magnetisierung der Bits zwar auch über die ferromagnetische Stange geschlossen, hier wirkt sich dieses jedoch stabilisierend aus.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Metallstangen aus einer ferromagnetischen Fe-Basislegierung und die radialen magnetischen Bitmuster sind in einer oder mehreren auf den Stangen vorhandener hartmagnetischer Schichten vorhanden.
  • Vorteilhafterweise ist die ferromagnetische Fe-Basislegierung ein härtbarer Fe-C-Stahl.
  • Die hartmagnetischen Schichten können erfindungsgemäß aus Co, Co-P, Co-Pt, Fe-Pt, Nd-Fe-B und/oder Sm-Co bestehen.
  • Zum Erzeugen der magnetischen Bitmuster an Metallstangen ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, bei dem die Metallstangen durch ein ringförmiges, elektromagnetisch erzeugtes Magnetfeld transportiert werden, dessen Feld senkrecht zur Oberfläche der Stangen ausgerichtet ist und das eine Fokussierung auf die Oberfläche aufweist.
  • Zum Erzeugen der magnetischen Bitmuster beinhaltet die Erfindung eine Einrichtung, enthaltend
    • a) einen ersten Ring aus weichmagnetischem Material zum Erzeugen magnetischer Bitmuster in Form radialer geschlossener Ringe in den Metallstangen, der Bestandteil eines elektromagnetischen Kreises ist und dessen Ringöffnung als Durchtrittsöffnung für die Metallstangen dient, wobei die Ringöffnung eine Fase zur Fokussierung des Magnetfeldes auf die Oberfläche der Stangen aufweist,
    • b) einen zweiten Ring aus weichmagnetischem Material mit einer als Durchtrittsöffnung für die Metallstangen dienenden Ringöffnung, der Bestandteil des elektromagnetischen Kreises ist und der ein nichtfokussiertes, die erzeugten Bitmuster nicht beeinträchtigendes Magnetfeld erzeugt,
    • c) ein zwischen den beiden Ringen angeordnetes Rohrstück aus weichmagnetischem Material, das Bestandteil des elektromagnetischen Kreises ist und das eine äußere und eine innere Magnetspule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes trägt, wobei die Spulen entgegengesetzt geschaltet sind.
  • Zwischen dem ersten und dem zweiten Ring kann ein nichtmagnetisches Führungsteil für die konzentrische Führung der Metallstangen angeordnet sein. Zweckmäßigerweise kann das Führungsteil aus Teflon bestehen.
    •
  • Nachstehend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
  • Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Einrichtung zum Erzeugen magnetischer Bitmuster in Form radialer geschlossener Ringe an Metallstangen.
  • Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem ersten Ring 1, einem zweiten Ring 2 und einem zwischen den Ringen angeordneten Rohrstück 3, das eine innere Magnetspule 4 und eine äußere Magnetspule 5 trägt. Die Ringe 1 und 2 und das Rohrstück 3 bestehen aus einer weichmagnetische Fe-Ni-Legierung.
  • Mit den Magnetspulen 4 und 5 wird das für das Schreiben der Bitmuster benötigte elektromagnetische Wechselfeld erzeugt. Beide Magnetspulen sind hierbei entgegengesetzt geschaltet, und so dimensioniert dass sich die Magnetfelder im Inneren des Rohrstücks 3 im Bereich der Metallstange 6 gegenseitig aufheben, im Bereich des Rohrstücks 3 jedoch addieren. Die Magnetspulen können bis zu einigen 10 mm groß sein, so dass sich mit handelsübliche Spulen ausreichende Feldstärken von einigen 1000 Oe erreichen lassen.
  • Die Ringöffnungen in den Ringen 1 und 2 dienen als Durchtrittsöffnungen für die zu magnetisierenden Metallstangen 6. Im Inneren des Rohrstückes 3 ist zwischen den Ringen 1 und 2 ein nichtmagnetisches Führungsteil 7 für die konzentrische Führung der Metallstangen angeordnet, das aus Teflon besteht.
  • Die Metallstangen 6 bestehen aus einer Co-P-Legierung und sind mit einer hartmagnetischen Schicht 8 für das Bitmuster beschichtet. Zwischen dem Stangenmaterial und der hartmagnetischen Schicht befindet sich eine nichtmagnetische Schicht aus Kupfer.
  • Beim Magnetisieren wird der elektromagnetische Kreis mit dem Rohrstück 3, den beiden Ringen 1 und 2 und der Metallstange 6 gebildet.
  • Das Bitmuster wird mit dem Ring 1 geschrieben, der eine Fase 9 aufweist. Durch die radiale Symmetrie des Ringes 1 wird das Feld senkrecht zur Schicht orientiert und durch die Fase 9 wird eine Feldfokussierung erreicht.
  • Der untere Ring 2 ist an seiner Öffnung breit ausgeführt, so dass hier die Feldstärke in der hartmagnetischen Schicht unterhalb des Koerzitivfeldes der hartmagnetischen Schicht liegt. Eine Störung der mit dem Ring 1 geschriebenen Bitmuster wird außerdem dadurch vermieden, indem die Metallstange 6 in der Richtung bewegt wird, die durch den Pfeil angegeben ist.
  • Ein Vorteil dieses Aufbaus ist, dass er mit makroskopischen Verfahren realisierbar ist; es sind keine teuren Herstellungsverfahren aus der Mikrosystemtechnik nötig. Das Schreiben von nur Mikrometer großen Bits wird hier durch die Feldfokussierung in dem Ring 1 mit seiner Fase 9 erreicht, die sich zum Beispiel auf einer üblichen Drehmaschine herstellen lässt.

Claims (8)

  1. Metallstangen mit magnetischen Bitmustern zur magnetsensorigen Positions- und Bewegungsbestimmung an den Stangen, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Bitmuster in Form radialer geschlossener Ringe vorhanden sind und die Magnetisierung senkrecht zur Stangenoberfläche ausgerichtet ist.
  2. Metallstangen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstangen aus einer ferromagnetischen Fe-Basislegierung bestehen und die radialen magnetischen Bitmuster in einer oder mehreren auf den Stangen vorhandener hartmagnetischer Schichten vorhanden sind.
  3. Metallstangen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ferromagnetische Fe-Basislegierung ein härtbarer Fe-C-Stahl ist.
  4. Metallstangen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hartmagnetischen Schichten aus Co, Co-P, Co-Pt, Fe-Pt, Nd-Fe-B und/oder Sm-Co bestehen.
  5. Verfahren zum Erzeugen der magnetischen Bitmuster an Metallstangen gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stangen durch ein ringförmiges, elektromagnetisch erzeugtes Magnetfeld transportiert werden, dessen Feld senkrecht zur Oberfläche der Stangen ausgerichtet ist und eine Fokussierung auf die Oberfläche aufweist.
  6. Einrichtung zum Erzeugen der magnetischen Bitmuster an Metallstangen (6) gemäß der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend a) einen ersten Ring (1) aus weichmagnetischem Material zum Erzeugen magnetischer Bitmuster in Form radialer geschlossener Ringe in den Metallstangen, der Bestandteil eines elektromagnetischen Kreises ist und dessen Ringöffnung als Durchtrittsöffnung für die Metallstangen (6) dient, wobei die Ringöffnung eine Fase (9) zur Fokussierung des Magnetfeldes auf die Oberfläche der Metallstangen (6) aufweist, b) einen zweiten Ring (2) aus weichmagnetischem Material mit einer als Durchtrittsöffnung für die Metallstangen (6) dienenden Ringöffnung, der Bestandteil des elektromagnetischen Kreises ist und der ein nichtfokussiertes, die erzeugten Bitmuster nicht beeinträchtigendes Magnetfeld aufweist, c) ein zwischen den beiden Ringen (1; 2) angeordnetes Rohrstück (3) aus weichmagnetischem Material, das Bestandteil des elektromagnetischen Kreises ist und das eine äußere und eine innere Magnetspule (4; 5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes trägt, wobei die Spulen (4; 5) entgegengesetzt geschaltet sind.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Ring (1; 2) ein nichtmagnetisches Führungsteil (7) für die konzentrische Führung der Metallstangen (6) angeordnet ist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil (7) aus Teflon besteht.
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