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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen magnetischen Kerns für einen induktiven Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren mehrschichtigen magnetischen Kern.
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Aus dem Stand der Technik sind induktive Wegsensoren bekannt, die über die Veränderungen der magnetischen Flussdichte eines weichmagnetischen Kerns den Weg eines Messobjekts erfassen. Die Bewegung des Messobjekts wird mittels eines Targets, meistens ein Permanentmagnet, erfasst. Der Target beeinflusst die Flussdichte des Kerns lokal, die zu einer Spannungsänderung von an dem Kern anliegenden Spulen führen, worüber die Position des Messobjekts bzw. des Targets ableitbar ist.
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Üblicherweise wurden die Kerne mittels eines einstückigen weichmagnetischen Materials ausgebildet. Es ergaben sich jedoch Nachteile hinsichtlich der mechanischen Spannungen, die innerhalb des Kerns durch Herstellprozesse erzeugt wurden. Insbesondere beim umspritzen des Kerns mit einem Elastomer, war es sehr aufwändig die mechanischen Spannungen so gering wie möglich zu halten. Durch die mechanischen Spannungen wurden magnetostriktive Wirkungen in dem Kern hervorgerufen, welche die Spannungsänderungen und damit die Messung der Position negativ verfälschten.
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Um diesen Umstand zu vermeiden wurden amorphe weichmagnetische Folien verwendet, die übereinander gestapelt einen magnetischen Kern bilden. Die Folien weisen eine Schichtdicke auf, die sich im Bereich von mehreren Mikrometern befindet. Darüber hinaus haben die Folien eine Breite von mehreren Millimetern. Aufgrund der geringen Abmessungen haben die Folien keine hohe mechanische Steifigkeit, so dass die Handhabung für einen industriellen Massenherstellungsprozess sich als schwierig gestaltet.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren sowie einen magnetischen Kern aufzuzeigen, womit der Kern zuverlässig und einfach herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung mittels eines Verfahrens nach Anspruch 1.
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Die Erfindung basiert auf den Grundgedanken eine Außenschicht zu verwenden, die nur zum Tragen und schützen der Kernschichten vorgesehen ist, aber darüber hinaus keine weiteren Funktionen im Hinblick auf den Sensor aufweist. Die Außenschicht bietet eine stabile Unterlage für die Kernschichten, so dass Kernschichten auf der Außenschicht präzise aufeinander aufgebracht werden können. Darüber hinaus sind die Kernschichten vor mechanischen Beschädigungen während des Herstellungsprozesses geschützt. Die stabile Außenschicht bietet zudem den Vorteil, dass die Kernschichten mittels unterschiedlicher Herstellungsprozesse aufeinander gestapelt. Eine besonders vorteilhafte Ausführung hierzu wird im Folgenden beschrieben. Die zusätzliche Außenschicht bietet somit eine Handhabung des Kerns und zugleich einen Schutz für die Kernschichten. Darüber hinaus ist der Materialaufwand für die zusätzliche Außenschicht relativ gering.
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Das Aufbringen der Kernschichten auf die Außenschicht erfolgt vorzugsweise so, dass die Außenschicht als die unterste Schicht dient und die Kernschichten darauf aufgebracht werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese eine spezielle Ausrichtung der Schichten zu beschränken. Es ist auch denkbar, die Anordnung der Außenschicht zu den Kernschichten anderweitig zu gestalten. Da die Kernschichten durch das Verbindungsmittel an der Außenschicht und zu den jeweils benachbarten Kernschichten gehalten werden, sind vielfältige Anordnungsmöglichkeiten der Außenschicht zu den Kernschichten beim Durchführen des Verfahrens denkbar.
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Bei der magnetischen Kernschicht handelt es sich insbesondere um eine weichmagnetischen Kernschicht, die vorteilhafterweise eine amorphe Struktur aufweist und keine magnetostriktive Eigenschaften besitzt.
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Das Verbindungsmittel kann auf unterschiedliche Weise zwischen den Schichten aufgebracht werden. Besonders vorteilhaft ist ein Aufsprühen des Verbindungsmittels auf eines der Schichten, so dass zwischen den Schichten sich eine Schicht mit dem Verbindungsmittel bildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Schichten bandförmig ausgebildet sind und die Außenschicht eine größere Breite als die Kernschicht aufweist. Vorteilhafterweise werden die Kernschichten in etwa mittig auf der Außenschicht aufgebracht, so dass entlang der Längsachse der Außenschicht neben den Kernschichten jeweils eine Greiffläche zum Greifen der Außenschicht entsteht. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Handhabung des Kerns möglich, ohne die Kernschichten berühren zu müssen. So kann eine Beschädigung der Kernschichten wirksam verhindert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass eine Trennschicht als zweite äußerste Schicht des Kerns auf die Kernschichten aufgebracht wird. Mittels der zweiten Trennschicht, die dann aufgebracht wird, wenn alle Kernschichten auf der Außenschicht aufgebracht sind, können die Kernschichten für den weiteren Transport oder Verarbeitung des Kerns wirksam geschützt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Trennschicht derart ausgebildet ist und aufgebracht wird, dass die Kernschichten seitlich entlang der Längsachse eingeschlossen werden. Da während der Herstellung die Verbindungsmittel nicht ganz aus gehärtet sein können, ist es sinnvoll mittels der Trennschicht zu verhindern, dass das Verbindungsmittel unkontrolliert verläuft, wodurch der Kern selbst und die Maschinen zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verschmutzt werden könnten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Kernschichten aus der Außenschicht getrennt wird, wobei der unmittelbar unterhalb der Kernschicht liegende Teil der Außenschicht mit der Kernschicht gemeinsam aus der Außenschicht getrennt wird. Auf diese Weise wird der Kern auf die funktionalen Kernschichten im Wesentlichen reduziert, wobei eine Außenseite des Kerns weiterhin durch die Außenschicht geschützt bleibt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Kernschichten mittels Stanzen oder Schneiden aus der Außenschicht getrennt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Trennschicht vor oder nach Trennen der Kernschicht von der Außenschicht entfernt wird. Vorzugsweise ist die Trennschicht so ausgebildet, dass sie wiederverwendbar ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Kernschichten sowie Außen- und Trennschicht bandförmig ausgebildet sind und auf Rollen gewickelt sind, wobei die Kernschichten laufend auf die Außenschicht aufgebracht werden. Insbesondere werden die Schichten übereinander angeordnet durch zwei Anpressrollen geführt, um die Schichten aufeinander aufzubringen, wobei die Außenschicht den Boden des Kerns bildet. Es ist besonders vorteilhaft den Kern mittels dieses kontinuierlichen Verfahrens herzustellen, da auf diese Weise die Ausrichtung der Schichten übereinander besonders einfach zu erreichen ist und darüber hinaus die Längen des Kerns variabel anpassbar sind. Hierzu ist es besonders vorteilhaft die Außenschicht zu verwenden, da die Außenschicht mechanisch unempfindlich ist und somit sich als Unterlage bzw. als unterste Schicht des Kerns sehr gut eignet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Auflagefläche der Außenschicht für die Kernschicht vor Aufbringen der Kernschicht mittels Plasmas behandelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Verbindungsmittel besonders wirksam auf die Außenschicht aufzubringen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Außenschicht vor Aufbringen der Kernschicht erwärmt wird. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, Verbindungsmittel zu verwenden, die aushärtbar sind. Durch das Vorwärmen wird eine besonders wirksame Aushärtung des Verbindungsmittels erreicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Temperatur der Anpressrollen anpassbar ist. Auf diese Weise kann das auswerten des Verbindungsmittels weiter verbessert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Außenschicht nach Durchführen durch die Anpressrollen erwärmt wird, wobei die Temperatur der Erwärmung sich von der Erwärmung vor den Anpressrollen unterscheidet. Nachdem die Schichten die Endposition eingenommen haben, wird das Verbindungsmittel vollständig aus gehärtet, um die Position der Schichten zu fixieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass das Verbindungsmittel zwischen den Schichten aufgesprüht oder aufgetragen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Anpressrollen derart regulierbar sind, so dass der von den Anpressrollen auf die Schichten ausgeübte Druck regulierbar ist. Je nachdem, ob das Verbindungsmittel sich in einem flüssigen oder in einem festen Zustand befindet, ist es vorteilhaft den Druck der Antriebsrollen hoch oder niedrig einzustellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass die Außenschicht auf der Greiffläche Ausnehmungen aufweist, wobei ein Förderelement Vorsprünge aufweist, die in die Ausnehmungen eingreifen, um die Außenschicht relativ zu dem Förderelement im Wesentlichen fest zu positionieren. Auf diese Weise ist eine hohe Positionstreue der Außenschicht relativ zum Förderelement erreichbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch in vorteilhafter Weise weitergebildet, dass folgende Schichten aufeinander aufgebracht werden:
- – eine Außenschicht,
- – mehrere Paare aus einer magnetischen Kernschicht und einer Schicht des Verbindungsmittels,
- – eine Schicht des Verbindungsmittels, und
- – eine Trennschicht.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung mittels eines mehrschichtigen magnetischen in Kerns mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Hauptanspruchs.
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Der erfindungsgemäße Kern wird dadurch in vorteilhafter weise weitergebildet, dass die Schichten Bandförmig ausgebildet sind und Außenschicht eine größere Breite als die Schutzschicht aufweist, um eine Greiffläche zum Greifen der Außenschicht auszubilden.
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Der erfindungsgemäße Kern wird dadurch in vorteilhafter weise weitergebildet, dass die Außenschicht entlang der Längsachse eine Wölbung aufweist.
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Der erfindungsgemäße Kern wird dadurch in vorteilhafter weise weitergebildet, dass die Außenschicht entlang der Längsachse eine zur Auflagefläche hin gerichtete Wölbung aufweist.
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Der erfindungsgemäße Kern wird dadurch in vorteilhafter weise weitergebildet, dass der Kern eine Trennschicht als zweite äußerste Schicht aufweist.
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Der erfindungsgemäße Kern wird dadurch in vorteilhafter weise weitergebildet, dass die Trennschicht derart ausgebildet ist und aufgebracht ist, dass es gemeinsam mit der Außenschicht seitlich entlang der Längsachse die Kernschicht einschließt.
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Der erfindungsgemäße Kern wird dadurch in vorteilhafter weise weitergebildet, dass die Trennschicht von der Kernschicht reversibel lösbar ausgebildet ist.
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Der erfindungsgemäße Kern wird dadurch in vorteilhafter weise weitergebildet, dass das Verbindungsmittel ein Klebstoff ist und die Trennschicht derart ausgebildet ist, um ein Anhaften des Klebstoffs an der Trennschicht zu verhindern.
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Der erfindungsgemäße Kern wird dadurch in vorteilhafter weise weitergebildet, dass die Außenschicht auf der Greiffläche Ausnehmungen aufweist.
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Der erfindungsgemäße Kern wird dadurch in vorteilhafter weise weitergebildet, dass der Kern folgende Schichten aufweist:
- – eine Außenschicht,
- – mehrere Paare aus einer magnetischen Kernschicht und einer Schicht des Verbindungsmittels,
- – eine Schicht des Verbindungsmittels, und optional
- – eine Trennschicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1a, 1b eine schematische Darstellung des magnetischen Kerns aus zwei Perspektiven,
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2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Kerns,
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3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kerns gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
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4 eine schematische Darstellung einer Anlage zum herstellen des Kerns gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1a und 1b zeigen einen mehrschichtigen magnetischen Kern 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Kern kann für einen induktiven Sensor verwendet werden, insbesondere für einen von der Anmelderin hergestellten linearen Positionssensor.
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Der Kern 1 weist eine Außenschicht 10 auf welche mehrere Kernschichten 20, 21, 22 aufgebracht sind, wobei die Außenschicht 10 derart ausgebildet ist, um die Kernschicht zu tragen und zu schützen. Die Kernschicht 22 ist mittels eines Verbindungsmittels 32 auf der Außenschicht 10 befestigt. Die weiteren Kernschichten 20, 21 sind mittels Verbindungsmitteln 31, 32 mit den benachbarten Kernschichten 20, 21, 22 verbunden. Auf der Kernschicht 20 ist eine elektrisch leitfähige Schicht 40 aufgebracht, die jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Als zweite äußerste Schicht weist der Kern 1 des Weiteren eine Trennschicht 50 auf.
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Die Kernschichten 20, 21, 22 sind aus einem Material mit weichmagnetischen Eigenschaften hergestellt. Insbesondere ist das Material der Kernschichten 20, 21,22 derart ausgewählt, dass die Kernschichten keine magnetostriktive Eigenschaften aufweisen. Besonders bevorzugt sind Kobaltlegierungen mit einer amorphen Struktur. Die Kernschichten 20, 21, 22 haben eine dicke von mehreren Mikrometern. Bevorzugt sind Kernschichten im Bereich von 15–20 μm, da in dieser Dicke Kernschichten mit einer amorphe Struktur gut herstellbar sind, die zugleich keine magnetostriktiven Eigenschaften aufweisen. Die Breite der Kernschichten 20, 21, 22 kann je nach Anwendungsfall variieren. Üblicherweise befindet sich die breite der Kernschichten im Bereich von mehreren Millimetern. Die Kernschichten sind biegeweich, weisen jedoch eine sehr hohe Zugfestigkeit auf.
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Die Außenschicht 10 ist ebenfalls wie die Kernschichten 20, 21, 22 bandförmig ausgebildet, hat aber eine größere Breite als die Kernschichten. Die über die Kernschichten 20, 21, 22 überstehenden Bereiche entlang der Längsachse bilden jeweils eine Greiffläche 11, 12 neben den Kernschichten 20, 21, 22, die eine einfache Handhabung der Außenschicht 10 und somit des Kerns 1 ermöglichen. Auf den Greifflächen 11, 12 sind Ausnehmungen 13 vorgesehen, wovon in 1 nur eine beispielhaft mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet ist. Die Außenschicht 10 kann über die Ausnehmungen 13 auf einem laufenden Band fixiert werden, wie nachfolgend in Bezug auf 4 beschrieben.
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Die Trennschicht 50 deckt die Kernschichten 20, 21, 22 und die Verbindungsmittel 30, 31, 32 ab. In einer hier nicht gezeigten Variante ist die Breite der Trennschicht so ausgelegt, dass es gemeinsam mit der Außenschicht seitlich entlang der Längsachse die Kernschicht einschließt. Das Verbindungsmittel 30, 31, 32 kann auf diese Weise innerhalb des Kerns gehalten werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Trennschicht derart ausgebildet ist, um ein Anhaften des Verbindungsmittels, bspw. ein Klebstoff, an der Trennschicht zu verhindern. Eine Verschmutzung des Kerns durch das Verbindungsmittel 30, 31, 32 wird wirksam verhindert. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Trennschicht von der Kernschicht 20 oder der elektrisch leitfähigen Schicht 40 reversibel lösbar ist.
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Das Verbindungsmittel 30, 31, 32 ist vorzugsweise als eine Klebeschicht ausgebildet und wird auf die jeweiligen Schichten des Kerns aufgesprüht oder aufgetragen. Die Dicke der Schicht des Verbindungsmittels ist geringer als die Dicke der Kernschichten 20, 21, 22.
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In 3 der erfindungsgemäße Kern 1 im finalen Zustand dargestellt. Die Kernschichten 20, 21, 22 werden aus der Außenschicht 10 mittels eines Trennverfahrens entnommen. Dies kann durch Ausschneiden oder Stanzen erfolgen. Ein Teil der Außenschicht 10, etwa in der Breite der Kernschichten 20, 21,22, wird mit entnommen. Dieser Teil der Außenschicht 10 bleibt somit mit der Kernschicht 22 verbunden und schützt den Kern vor äußeren Einflüssen, um eine Beschädigung der Kernschicht 22 zu verhindern. Im finalen Zustand wird die Trennschicht 50 von dem Kern entfernt. Die Anzahl der Kernschichten kann je nach Anwendungsfall variieren. Es können beispielsweise auch mit 10–20 Kernschichten gebildet werden.
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In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kerns 100 dargestellt. Diese unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur insofern, dass die Außenschicht 110 eine Wölbung entlang der Längsachse aufweist. Die Wölbung ist zur Auflagefläche der Kernschicht 22 hin ausgerichtet. Die Höhe der Wölbung ist minimal im Vergleich zur Dicke der Außenschicht 110. Jedoch kann die Wölbung dazu beitragen die mechanische Steifigkeit des Kerns zu erhöhen. Die Wölbung darf jedoch nicht so groß sein, dass die Kernschichten eine starke Biegung um die Längsachse herum erfahren.
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In 4 ist eine Anlage 200 zum Herstellen des erfindungsgemäßen Kerns 1, 100 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der einfachkeithalber wird die Anlage mit den Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels des Kerns erläutert. Es ist jedoch ohne weiteres Möglich auch das zweite Ausführungsbeispiel des Kerns 100 auf die hiernach beschriebene Weise herzustellen.
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Die Anlage 200 weist mehrere Rollen 210, 211, 212, 213 auf, deren horizontale Position veränderbar ist (dargestellt durch Pfeile) Auf den Rollen 210, 211, 212 sind die jeweiligen Schichten 10, 20, 30, 50 des Kerns aufgerollt. Die Rolle 213 dient dazu den den Kern aufzunehmen. In 3 ist der einfachkeithalber nur eine Rolle 210 für die Kernschicht vorgesehen. Es ist jedoch ohne weiteres denkbar durch zusätzliche Rollen die Anzahl der Kernschichten zu erhöhen.
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Auf der Rolle 210 ist die Außenschicht 10 aufgerollt bzw. aufgewickelt. Die Rolle 210 ist mit einem hier nicht gezeigten Förderelement oder Förderband verbunden, auf welche die Außenschicht 10 aufliegt und somit die unterste Schicht des Kerns 1 bildet. Vorteilhafterweise ist das Förderelement mit Vorsprüngen oder Stiften versehen, die in die Ausnehmungen 13 der Außenschicht 10 eingreifen können. Eine Plasmavorrichtung 250 aktiviert die Auflagefläche der Außenschicht 10, so dass das Verbindungsmittel 30 besser auf der Außenschicht haftet. Das Verbindungsmittel wird mittels eines Dispensers oder einer Sprühvorrichtung 260 auf die Außenschicht 10 aufgetragen bevor die Außenschicht mit der Kernschicht in Kontakt tritt.
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Die Kernschicht 20 und die Trennschicht 50 sind jeweils auf den Rollen 211 und 212 aufgewickelt. Diese Rollen 2011, 212 befinden sich oberhalb der Rolle 210, auf der die Außenschicht 10 aufgewickelt ist. Die Position der Rollen 210, 211, 212, 213 ist fluchtend zueinander ausgerichtet, wobei die Rollen 211 und 212 am besten so zur Rolle 210 ausgerichtet sind, dass die Kernschicht 20 und die Trennschicht 50 in etwa mittig zur Außenschicht 10 aufgebracht werden.
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Der Kern 1 wird auf der Endrolle 213 aufgewickelt. Eine Trennvorrichtung 240 sorgt dafür, dass das Band des Kerns 1, 110 getrennt wird, sobald die Endrolle 213 voll ist.
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Die einzelnen Schichten des Kerns 1 werden mittels zweier Anpressrollen 221, 222 zusammengedrückt und zu einem Kern verbunden. Die Anpressvorrichtung 220 ist derart gestaltet, dass der Druck der Anpressrollen auf die Schichten des Kerns 1 variiert werden kann. Des Weiteren sind die Anpressrollen 221 und 222 temperierbar. Zusätzlich sind Heizvorrichtungen 230, 231 vor und hinter der Anpressrolle 222 vorgesehen. Mittels dieser Vorrichtungen 221, 22, 230, 231 ist die Temperatur des Kerns lokal beeinflussbar, um die Eigenschaften des Verbindungsmittels 30 zu beeinflussen.
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Die Erfindung ist nicht auf das kontinuierliche Verfahren, wie vorstehend beschrieben, beschränkt. Maßgeblich ist, dass die Kernschichten auf einer Außenschicht aufgebracht werden. Weitere Merkmale des Verfahrens sind vorteilhafte, jedoch nicht zwingend erforderlich.
