DE102013009371A1

DE102013009371A1 - Anordnung mit einem Ring und einem Sensor

Info

Publication number: DE102013009371A1
Application number: DE102013009371.6A
Authority: DE
Inventors: Marc Heiland; Christopher Beller; Georg Feurer
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Eine Anordnung, umfassend einen Ring (1) und einen Sensor (2), wobei der Ring (1) einen Tragkörper (3) umfasst, welcher einen Zentraldurchgang (4) umfängt, wobei der Tragkörper (4) magnetische Nord- und Südpole (5, 6) aufweist, die magnetische Felder erzeugen, wobei die Nord- und Südpole (5, 6) dem Sensor (2) magnetische Signale übermitteln und wobei der Sensor (2) die Signale erfasst, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiter zu bilden, dass der Sensor magnetische Signale besonders deutlich und gut empfangen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) radial außerhalb des Rings (1) positioniert ist, wobei auf der dem Ring (1) abgewandten Seite des Sensors (2) ein Rückschlussblech (7) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Encoderringe sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der EP 1 674 831 A1 , bereits bekannt. Während der Rotation einer Welle können über eine bestimmte Magnetisierung eines Rings die Drehzahl und ein Referenzpunkt der Welle erfasst werden.
Üblicherweise trägt ein Tragkörper eines Rings einen Feldkörper, welcher einzelne magnetische Bereiche aufweist. Ein gängiger Feldkörper besteht aus einem Elastomer, in welchem hartmagnetische Partikel aufgenommen sind.
Durch ein äußeres Magnetfeld werden die hartmagnetischen Partikel magnetisiert, so dass der Feldkörper in seiner Gesamtheit ein magnetisches Feld durch magnetische Nord- und Südpole erzeugt. Dieses magnetische Feld liefert magnetische Signale, die von einem Sensor erfasst werden können.
Bauraumbedingt kann zwischen einem Sensor und der radial äußeren Umfangsfläche eines vorgenannten Rings ein metallisches Element angeordnet sein.
Ein solches metallisches Element kann beispielsweise eine Aluminiumplatte sein, welche aufgrund konstruktiver Vorgaben zwingend notwendig ist. Eine solche Aluminiumplatte sei an dieser Stelle nur beispielhaft genannt.
Es ist daher durchaus möglich, dass aufgrund konstruktiver Vorgaben in Motoren oder Maschinen zwischen der äußeren Umfangsfläche eines Rings und einem Sensor irgendwelche Bauelemente angeordnet sind, welche das Magnetfeld, welches vom Sensor erfasst wird, schwächen können.
Vor diesem Hintergrund besteht außerdem ein Bedarf nach immer kompakteren Sensoren, welche die magnetischen Signale bzw. magnetischen Felder der Nord- und Südpole des Rings erfassen.
Insoweit besteht ein Bedarf nach einer Anordnung, welcher zuverlässig ein magnetisches Feld eines Rings, nämlich eines Encoderrings, erfasst.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiter zu bilden, dass der Sensor magnetische Signale besonders deutlich und gut empfangen kann.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass ein Rückschlussblech, welches auf der dem Ring abgewandten Seite des Sensors angeordnet ist, überraschend die von den Nord- und Südpolen erzeugten magnetischen Felder verstärkt. Erfindungsgemäß ist insbesondere erkannt worden, dass Bauelemente, welche zwischen dem Sensor und der äußeren Umfangsfläche des Rings positioniert sind, Wirbelströme erzeugen können, welche das magnetische Feld schwächen, das beim Sensor ankommt. Diesem Problem wird erfindungsgemäß begegnet, in dem hinter dem Sensor, nämlich radial außerhalb des Sensors ein Rückschlussblech positioniert wird. Überraschend wird die Intensität des magnetischen Feldes gegenüber einer Anordnung ohne Rückschlussblech erheblich verstärkt. Insoweit ist eine Anordnung angegeben, bei welcher der Sensor magnetische Signale besonders deutlich und gut empfangen kann.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Das Rückschlussblech könnte plattenförmig ausgestaltet sein. Ein Plättchen oder eine Platte baut in radialer Richtung besonders kurz und nimmt wenig Bauraum ein.
Das Rückschlussblech könnte weichmagnetisch sein oder ein weichmagnetisches Material aufweisen. Überraschend ist der Effekt der Verstärkung des magnetischen Feldes des Rings besonders gut ausgeprägt, wenn das Rückschlussblech weichmagnetisch ist.
Vor diesem Hintergrund könnte das Rückschlussblech so breit wie ein oder zwei magnetische Nord- oder Südpole sein. Auch eine Zwischengröße zwischen diesen Breiten ist denkbar. Überraschend ist erkannt worden, dass das vom Ring bzw. dessen magnetischer Nord- und Südpole erzeugte Magnetfeld besonders stark verstärkt wird, wenn das Rückschlussblech in etwa so breit ist wie zwei magnetische Nord- und/oder Südpole. Ein magnetischer Nord- oder Südpol erstreckt sich auf der äußeren Umfangsfläche des Rings, welche dem Sensor zugewandt ist. Unter Breite eines Pols wird die Erstreckung des Pols in Umfangsrichtung des Rings verstanden.
Das Rückschlussblech könnte vom Sensor um einen Abstand beabstandet sein, wobei dieser Abstand geringer ist als der kürzeste Abstand des Sensors von einem Nord- oder Südpol. Überraschend ist erkannt worden, dass das Rückschlussblech sehr nahe am Sensor angeordnet werden muss im Vergleich mit der Entfernung des Rings zum Sensor. Durch diese konstruktive Maßnahme wird das magnetische Feld, welches von den Nord- und Südpolen erzeugt wird, besonders effektiv verstärkt.
Das Material, aus welchem das Rückschlussblech gefertigt ist, könnte eine magnetische Permeabilitätszahl im Bereich 50 bis 500 000 und eine geringe magnetische Koerzitivfeldstärke im Bereich von 0 bis 400 A/m aufweisen. Hierdurch kann es Magnetfelder gut verstärken und ist leicht umzumagnetisieren. Besonders günstig sind Rückschlussbleche, welche Elektrobleche oder Mu-Metalle aufweisen oder aus solchen gefertigt sind. Diese bevorzugten Rückschlussbleche weisen Koerzitivfeldstärken von weniger als 50 A/m, besonders bevorzugt von weniger als 10 A/m auf.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
1 eine perspektive Ansicht einer Anordnung, welche einen Ring und einen Sensor umfasst,
2 eine teilweise Darstellung der Anordnung gemäß 1 in einer Draufsicht, wobei dargestellt ist, dass das Rückschlussblech plättchenförmig radial außerhalb des Sensors angeordnet ist,
3 eine Draufsicht in Radialrichtung auf die Anordnung gemäß 1,
4 ein Diagramm, in welchem die Erhöhung der radialen Flussdichte in Abhängigkeit von der Breite des Rückschlussblechs dargestellt ist,
5 ein Diagramm, in welchem die vom Sensor gemessene Flussdichte in Abhängigkeit vom Abstand des Sensors zur äußeren Umfangsfläche des Rings dargestellt ist, wobei der Abstand des Sensors von der äußeren Umfangsfläche des Rings als Kristallabstand bezeichnet ist, und
6 ein Diagramm, in welchem die Abhängigkeit des Flussdichtegradienten vom Kristallabstand dargestellt ist.
Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine Anordnung, umfassend einen Ring 1 und einen Sensor 2, wobei der Ring 1 einen Tragkörper 3 umfasst, welcher einen Zentraldurchgang 4 umfängt, wobei der Tragkörper 3 magnetische Nordpole 5 und magnetische Südpole 6 aufweist, die magnetische Felder erzeugen, wobei die Nord- und Südpole 5, 6 dem Sensor 2 magnetische Signale übermitteln und wobei der Sensor 2 die Signale erfasst. Der Sensor 2 ist radial außerhalb des Rings 1 positioniert, wobei auf der dem Ring 1 abgewandten Seite des Sensors 2 ein Rückschlussblech 7 angeordnet ist.
Das Rückschlussblech 7 ist plattenförmig ausgestaltet. Das Rückschlussblech 7 ist aus einem weichmagnetischen Material gefertigt oder weist ein weichmagnetisches Material auf.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 1, wobei dargestellt ist, dass das Rückschlussblech 7 so breit wie zwei magnetische Nord- oder Südpole 5, 6 ist.
2 zeigt des Weiteren, dass das Rückschlussblech 7 vom Sensor 2 um einen Abstand beabstandet ist, wobei dieser Abstand geringer ist als der kürzeste Abstand des Sensors 2 von einem Nordpol 5 oder Südpol 6.
3 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 1 und 2 in Radialrichtung.
Der in den 1 bis 3 gezeigte Ring 1 weist einen Tragkörper 3 auf, welcher aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein kann. Dem Tragkörper 3 ist ein Feldkörper zugeordnet, der üblicherweise aus einem Elastomer gefertigt ist. Durch eine externe Magnetisierung werden dem Elastomer magnetische Nordpole 5 und magnetische Südpole 6 aufgezwungen.
4 zeigt, dass die radiale Flussdichte des von den Nord- und Südpolen 5, 6 erzeugten magnetischen Feldes am Sensor 2 durch das Rückschlussblech 7 beeinflusst werden kann.
4 zeigt konkret, dass die Breite des Rückschlussblechs 7 einen erheblichen Einfluss auf die Erhöhung der radialen Flussdichte nimmt. 4 kann entnommen werden, dass bei einer Breite des Rückschlussbleches 7 von etwa zwei Polbreiten ein Maximum der Erhöhung der radialen Flussdichte erzielt wird.
4 zeigt, dass unter Optimierung der Breite des Rückschlussblechs 7 eine Erhöhung der magnetischen Flussdichte von etwa 38 bis 40% erzielt werden kann.
Die Breite des Rückschlussblechs 7 hängt von mehreren Parametern ab. In den durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass das Rückschlussblech 7 in etwa so breit wie ein bis zwei magnetische Nord- oder Südpole 5, 6 sein muss um eine radiale Flussdichteerhöhung des magnetischen Feldes in effektiver Weise zu bewirken.
5 zeigt, dass der Abstand des Sensors 2 von der äußeren Umfangsfläche des Rings 1, nämlich der im Diagramm genannte Kristallabstand, einen erheblichen Einfluss auf die Flussdichte am Sensor 2 nimmt.
Die durchgezogene Kurve in 5 zeigt die radiale Flussdichte ohne ein ferromagnetisches Rückschlussblech 7. Die gepunktete Kurve zeigt die radiale Flussdichte am Sensor 2, wenn ein ferromagnetisches Rückschlussblech 7 vorhanden ist. Hierdurch wird deutlich, dass die radiale Flussdichte bei Vorhandensein eines Rückschlussblechs 7 deutlich erhöht wird. Die gestrichelte Linie zeigt die relative Amplitudenerhöhung durch Vorhandensein des ferromagnetischen Rückschlussblechs 7.
6 zeigt ganz analog zur 5 die Abhängigkeit des Flussdichtegradienten vom Abstand des Sensors 2 von der äußeren Umfangsfläche des Rings 1. Die durchgezogene Kurve zeigt den Flussdichtegradienten ohne Vorhandensein eines ferromagnetischen Rückschlussblechs 7. Die gepunktete Kurve zeigt den Flussdichtegradienten bei Vorhandensein eines ferromagnetischen Rückschlussblechs 7. Die gestrichelte Linie zeigt die relative Amplitudenerhöhung, die sich durch das ferromagnetische Rückschlussblech 7 ergibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1674831 A1 [0002]

Claims

Anordnung, umfassend einen Ring (1) und einen Sensor (2), wobei der Ring (1) einen Tragkörper (3) umfasst, welcher einen Zentraldurchgang (4) umfängt, wobei der Tragkörper (4) magnetische Nord- und Südpole (5, 6) aufweist, die magnetische Felder erzeugen, wobei die Nord- und Südpole (5, 6) dem Sensor (2) magnetische Signale übermitteln und wobei der Sensor (2) die Signale erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) radial außerhalb des Rings (1) positioniert ist, wobei auf der dem Ring (1) abgewandten Seite des Sensors (2) ein Rückschlussblech (7) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlussblech (7) plattenförmig ausgestaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlussblech (7) weichmagnetisch ist oder ein weichmagnetisches Material aufweist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlussblech (7) so breit wie ein oder zwei magnetische Nord- oder Südpole (5, 6) ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlussblech (7) vom Sensor (2) um einen Abstand beabstandet ist, wobei dieser Abstand geringer ist als der kürzeste Abstand des Sensors (2) von einem Nord- oder Südpol (5, 6).
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus welchem das Rückschlussblech (7) gefertigt ist, eine Permeabilitätszahl im Bereich 50 bis 500 000 und eine Koerzitivfeldstärke im Bereich von 0 bis 400 A/m aufweist.