DE102014217458A1

DE102014217458A1 - Encoder and sensor device for a rotatable machine part

Info

Publication number: DE102014217458A1
Application number: DE102014217458.9A
Authority: DE
Inventors: Jens Heim; Frank Benkert; Philipp Hörning
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-03-03
Also published as: WO2016034176A1

Abstract

Die Aufgabe der Erfindung, einen Encoder für ein drehbares Maschinenteil 1 anzugeben, der sowohl für multipolbasierte als auch für wirbelstrombasierte Sensoren gleichermaßen geeignet ist, wird durch einen Encoder 9 gelöst, der eine nicht-magnetische Schicht 7 und eine magnetisierbare Schicht 6 umfasst, wobei die nicht-magnetische Schicht 7 elektrisch leitfähig ist. Die Erfindung umfasst weiter eine Sensorvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Encoder 9 und mit mindestens einem Sensor 4.The object of the invention to provide an encoder for a rotatable machine part 1, which is equally suitable for both multipole-based and eddy current-based sensors is achieved by an encoder 9 comprising a non-magnetic layer 7 and a magnetizable layer 6, wherein the non-magnetic layer 7 is electrically conductive. The invention further comprises a sensor device with an encoder 9 according to the invention and with at least one sensor 4.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Encoder für ein drehbares Maschinenteil, insbesondere betrifft die Erfindung einen Encoder, der für multipolbasierte als auch für wirbelstrombasierte Sensoren geeignet ist. Weiter betrifft die Erfindung eine Sensorvorrichtung mit einem Encoder und mit mindestens einem Sensor.The present invention relates to an encoder for a rotatable machine part, in particular the invention relates to an encoder which is suitable for multipole-based as well as vortex-current-based sensors. Furthermore, the invention relates to a sensor device with an encoder and with at least one sensor.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Messung von Drehwinkel, Drehzahl, Belastung, Distanz und anderen physikalischen Parametern von drehbaren Maschinenteilen erfordert in der Regel einen entsprechenden Sensor und ein korrespondierendes Messobjekt beziehungsweise eine korrespondierende Maßverkörperung. Das Messobjekt/Maßverkörperung wird oft auch als Encoder bezeichnet.The measurement of rotation angle, speed, load, distance and other physical parameters of rotating machine parts usually requires a corresponding sensor and a corresponding measurement object or a corresponding material measure. The measuring object / material measure is often referred to as an encoder.

Im Lagerbereich sind häufig multipolbasierte wie auch wirbelstrombasierte Messungen vorgesehen. Unter einer multipolbasierten Messung wird im Folgenden eine Messung mit Sensoren verstanden, die Encoder mit permanentmagnetischen Polen erfordern. Die wirbelstrombasierte Messung ist dem Fachmann bekannt. In the storage area, multipole-based as well as eddy current-based measurements are often provided. In the following, a multipole-based measurement is taken to mean a measurement with sensors which require encoders with permanent-magnetic poles. The eddy current-based measurement is known to the person skilled in the art.

Für multipolbasierte Messungen sind beispielsweise Sensoren bekannt, die den Hall-Effekt, den anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt, den GMR-Effekt (englisch: giant magnetoresistance effect) oder einen passiv induktiven Effekt nutzen. Korrespondierende Encoder sind häufig Elastomere mit eingebundenen magnetisierbaren Partikeln, die nach der Herstellung mit der gewünschten Polzahl magnetisiert werden können. Solche Encoder können beispielsweise ringförmig ausgebildet sein und an einem drehbaren Lagerteil angeordnet werden. Die zugehörigen Sensoren wiederum können am stehenden Lagerteil befestigt werden.For multipole-based measurements, for example, sensors are known which use the Hall effect, the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect, the GMR effect (giant magnetoresistance effect) or a passive inductive effect. Corresponding encoders are often elastomers with incorporated magnetizable particles, which can be magnetized after production with the desired number of poles. Such encoders may be, for example, annular and arranged on a rotatable bearing part. The associated sensors in turn can be attached to the stationary bearing part.

Bei wirbelstrombasierten Messungen wird ein in Kilohertz bis Megahertz getaktetes Magnetfeld erzeugt. Das getaktete Magnetfeld induziert elektrische Wirbelströme im Encoder, deren magnetisches Gegenfeld ausgewertet werden kann. Die Erzeugung des getakteten Magnetfelds und die Messung des magnetischen Gegenfelds können in einem Gerät, das beispielsweise am stehenden Lagerteil befestigt ist, integriert sein. Der Encoder, der beispielsweise am drehbaren Lagerteil angeordnet ist, muss elektrisch leitfähig sein und soll in der Regel keine weiteren magnetischen Pole aufweisen, da die magnetischen Pole das magnetische Gegenfeld bei der Wirbelstrommessung überlagern und stören können. Solche Überlagerungen und Störungen sind nur mit aufwendigen algorithmischen Rechenverfahren kompensierbar.With eddy current-based measurements, a magnetic field clocked in kilohertz to megahertz is generated. The pulsed magnetic field induces electrical eddy currents in the encoder whose magnetic opposing field can be evaluated. The generation of the pulsed magnetic field and the measurement of the magnetic opposing field can be integrated in a device which is fastened, for example, to the stationary bearing part. The encoder, which is arranged for example on the rotatable bearing part, must be electrically conductive and should generally have no further magnetic poles, since the magnetic poles can interfere with the magnetic opposing field in the eddy current measurement and interfere. Such overlays and disturbances can only be compensated with complex algorithmic calculation methods.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die bekannten Encoder für eine multipolbasierte Messung können nicht für eine wirbelstrombasierte Messung eingesetzt werden, da sie in der Regel nicht elektrisch leitfähig sind und prinzipbedingt magnetische Pole aufweisen, die die Wirbelstrommessung stören. Ebenso sind die bekannten Encoder für eine wirbelstrombasierte Messung nicht für eine multipolbasierte Messung geeignet, da sie gegenteilige Eigenschaften aufweisen, also elektrisch leitfähig sind und keine magnetischen Pole haben.The known encoders for a multipole-based measurement can not be used for a eddy current-based measurement, since they are generally not electrically conductive and inherently have magnetic poles that disturb the eddy current measurement. Likewise, the known encoder for a eddy current-based measurement are not suitable for a multipole-based measurement, since they have opposite properties, that are electrically conductive and have no magnetic poles.

In der Praxis ist es jedoch wünschenswert, sowohl eine multipolbasierte als auch eine wirbelstrombasierte Messung zu unterstützen, um verschiedene physikalische Parameter eines drehbaren Maschinenteils zu erfassen. Beispielsweise kann bei Lagern eine Drehzahl-, Drehrichtungs- und Drehwinkelmessung über eine multipolbasierte Messung erfolgen, wohingegen für eine Abstandsmessung eine wirbelstrombasierte Messung wünschenswert ist.In practice, however, it is desirable to support both multipole-based and eddy-current based measurements to detect various physical parameters of a rotatable machine part. For example, in bearings a speed, direction of rotation and rotation angle measurement via a multipole-based measurement done, whereas for a distance measurement a eddy current-based measurement is desirable.

Während mehrere Sensoren unterschiedlichen Typs auf ein drehbares Maschinenteil gerichtet werden können, um die Maßgröße des entsprechenden Encoders zu messen, ist jedoch die Anordnung von mehreren entsprechenden Encodern am drehbaren Maschinenteil nachteilig oder nicht möglich. Beispielsweise steht bei einem Lager nur begrenzter Bauraum für den Encoder zur Verfügung, die Encoder können sich gegenseitig stören oder es ist im Vorfeld noch nicht der Einsatz und somit die Messart bekannt.However, while multiple sensors of different types can be directed onto a rotatable machine part to measure the dimensional size of the corresponding encoder, the arrangement of several corresponding encoders on the rotatable machine part is disadvantageous or not possible. For example, in a warehouse only limited space for the encoder available, the encoder can interfere with each other or it is not the use and thus the type of measurement known in advance.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Encoder anzugeben, der sowohl für multipolbasierte als auch für wirbelstrombasierte Sensoren gleichermaßen geeignet ist. Weiter soll der Encoder einfach an drehbaren Maschinenteilen nachrüstbar sein.It is therefore an object of the invention to provide an encoder that is equally suitable for both multipole-based and eddy current-based sensors. Next, the encoder should be easy to retrofit to rotating machine parts.

Diese Aufgabe wird durch einen Encoder für ein drehbares Maschinenteil gelöst, der eine nicht-magnetische Schicht und eine magnetisierbare Schicht umfasst. Die nicht-magnetische Schicht ist elektrisch leitfähig. Die Schichten können direkt übereinander angeordnet und stoff-, form,- oder kraftschlüssig verbunden sein. Weiter hat die magnetisierbare Schicht keine oder nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit. This object is achieved by an encoder for a rotatable machine part comprising a non-magnetic layer and a magnetizable layer. The non-magnetic layer is electrically conductive. The layers can be arranged directly above one another and connected in a material, shape, or force fit manner. Next, the magnetizable layer has no or only a low electrical conductivity.

In einer weiteren Ausführungsform weist die nicht-magnetische Schicht eine Dicke von 50 Mikrometer bis 1,5 Millimeter auf. Die Dicke von 50 Mikrometer bis 1,5 Millimeter ist besonders vorteilhaft, da die Dicke ausreichend für eine wirbelstrombasierte Messung ist. Gleichzeitig kann bei der Dicke von 50 Mikrometer bis 1,5 Millimeter jedoch auch ein Sensor für eine multipolbasierte Messung, der näher an der nicht-magnetischen Schicht als an der magnetisierbaren Schicht angeordnet ist, magnetische Pole der magnetisierbaren Schicht erfassen. Es kann also beispielsweise ein an der Welle oder dem drehbaren Lagerring eines Lagers angeordneter ringförmiger Encoder Sensoren für beide Messarten unterstützen. Hierbei können die unterschiedlichen Sensoren so entlang des Umfangs des ringförmigen Encoder beziehungsweise des Lagers verteilt angeordnet werden, dass sie sich gegenseitig nicht stören.In a further embodiment, the non-magnetic layer has a thickness of 50 microns to 1.5 millimeters. The thickness of 50 microns to 1.5 millimeters is particularly advantageous because the thickness is sufficient for a eddy current based measurement. At the same time, at the thickness of 50 Micrometer to 1.5 millimeters, however, also a sensor for a multipole-based measurement, which is arranged closer to the non-magnetic layer than to the magnetizable layer, detect magnetic poles of the magnetizable layer. Thus, for example, an annular encoder arranged on the shaft or the rotatable bearing ring of a bearing can support sensors for both types of measurement. Here, the different sensors can be arranged distributed along the circumference of the annular encoder or the bearing that they do not interfere with each other.

Die nicht-magnetische Schicht kann beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder einem austenitischen Stahl bestehen.The non-magnetic layer may be made of copper, aluminum or an austenitic steel, for example.

In einer weiteren Ausführungsform weist die nicht-magnetische Schicht eine Beschichtung mit einem hohen Emissionsgrad auf, die geeignet für eine optische Temperaturmessung ist. Eine solche Temperaturmessung kann beispielsweise mit pyroelektrischen Infrarot-Sensoren erfolgen. In a further embodiment, the non-magnetic layer has a coating with a high emissivity, which is suitable for an optical temperature measurement. Such a temperature measurement can be done for example with pyroelectric infrared sensors.

In einer weiteren Ausführungsform ist die magnetisierbare Schicht periodisch unterbrochen, beispielsweise in der Ausbildung als ein ferromagnetisches Zahnrad oder als eine ferromagnetische Lochscheibe, insbesondere als ein Käfig, besonders bevorzugt als ein Nadelkäfig. Eine periodische Unterbrechung der magnetisierbaren Schicht, die beispielsweise nicht magnetisiert ist, kann in einem permanenten Magnetfeld Änderungen des permanenten Magnetfelds erzeugen, wenn die periodisch unterbrochene magnetisierbare Schicht eine Bewegung erfährt. Diese Änderung kann gemessen werden. Anders ausgedrückt: ein sich bewegender Encoder mit einer periodisch unterbrochenen magnetisierbaren Schicht erzeugt in der Nähe eines permanenten Magnetfelds Magnetfeldänderungen, die ein entsprechender Sensor messen kann. Zugleich kann ein an anderer Stelle angeordneter Wirbelstromsensor aufgrund der elektrisch leitfähigen nicht-magnetischen Schicht des Encoders den Abstand beispielsweise zwischen einem stehenden Lagerring und dem auf einem rotierenden Lagerring befestigten Encoder erfassen. Aus der Abstandsänderung kann auf die Lagerbelastung geschlossen werden.In a further embodiment, the magnetizable layer is interrupted periodically, for example in the form of a ferromagnetic gear wheel or as a ferromagnetic perforated disk, in particular as a cage, particularly preferably as a needle cage. Periodic disruption of the magnetizable layer, which is not magnetized, for example, can produce changes in the permanent magnetic field in a permanent magnetic field when the periodically discontinuous magnetizable layer undergoes movement. This change can be measured. In other words, a moving encoder with a periodically interrupted magnetizable layer generates magnetic field changes near a permanent magnetic field which a corresponding sensor can measure. At the same time, due to the electrically conductive non-magnetic layer of the encoder, an eddy-current sensor arranged elsewhere can detect the distance, for example, between a stationary bearing ring and the encoder mounted on a rotating bearing ring. From the change in distance can be concluded on the bearing load.

In einer weiteren Ausführungsform ist die magnetisierbare Schicht als ein Trägerstoff mit magnetisierbaren Partikeln ausgebildet. Der Trägerstoff kann beispielsweise ein Kunststoff, Harz oder Lack sein. In a further embodiment, the magnetizable layer is formed as a carrier with magnetizable particles. The carrier may be, for example, a plastic, resin or paint.

Eine Kunststoffschicht ist beispielsweise in der Regel formfest, kann sich jedoch unter Zug- oder Druckbelastung elastisch verformen. Weiter ist das Anordnen einer elastischen Kunststoffschicht an einer elektrisch leitfähigen und nicht-magnetischen Schicht, wie ein nicht-magnetischer Stahl, der nicht elastisch ist, vorteilhaft in der Herstellung des Encoders. Denn beispielsweise können die elastischen Eigenschaften des Kunststoffs für einen Kraftschluss genutzt werden. Es kann auch die chemische Reaktion bei anfänglicher Erwärmung des Kunststoffs für einen Stoffschluss mit der nicht-magnetischen Schicht genutzt werden. Eine Kunststoffschicht mit magnetisierbaren Partikeln ist typischerweise nicht elektrisch leitend. Jedoch kann, je nachdem wie nahe die Partikel zueinander im Kunststoff eingebunden sind, eine geringe elektrische Leitfähigkeit auftreten. For example, a plastic layer is usually dimensionally stable, but can deform elastically under tensile or compressive loading. Further, placing a plastic elastic layer on an electrically conductive and non-magnetic layer, such as a non-magnetic steel which is not elastic, is advantageous in the manufacture of the encoder. For example, the elastic properties of the plastic can be used for a traction. It is also possible to use the chemical reaction with initial heating of the plastic for a material bond with the non-magnetic layer. A plastic layer with magnetizable particles is typically not electrically conductive. However, depending on how close the particles are bound to each other in the plastic, a low electrical conductivity can occur.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Kunststoffschicht als Elastomerschicht ausgebildet. Elastomere sind vorteilhaft bei Temperaturschwankungen. Sie sind in der Regel also temperaturbeständiger als andere Kunststoffe.In a further embodiment, the plastic layer is formed as an elastomer layer. Elastomers are advantageous in the case of temperature fluctuations. As a rule, they are more temperature-resistant than other plastics.

In einer weiteren Ausführungsform weist die magnetisierbare Schicht magnetische Pole auf. Der Abstand zweier benachbarter magnetischer Pole und die Breite der Pole können in Abhängigkeit von der Positionierung und der Art des entsprechenden Sensors erfolgen. So ist es möglich, einen Encoder erst bei Einbau in beispielsweise ein Lager entsprechend der vorgesehenen Sensoren, also der Art der Messung, mit den erforderlichen Polen zu magnetisieren.In a further embodiment, the magnetizable layer has magnetic poles. The distance between two adjacent magnetic poles and the width of the poles can be made depending on the positioning and the type of the corresponding sensor. Thus, it is possible to magnetize an encoder only when installed in, for example, a bearing according to the intended sensors, so the type of measurement, with the required poles.

Weiter kann die magnetisierbare Schicht mehrere axial nebeneinanderliegende magnetische Spuren mit unterschiedlicher Polzahl umfassen. Ein solcher Encoder hat also einen radialen Schichtaufbau und kann radial abgetastet werden.Further, the magnetizable layer may comprise a plurality of axially adjacent magnetic tracks with different number of poles. Such an encoder thus has a radial layer structure and can be scanned radially.

Alternativ kann, bei einem Encoder mit einem axialen Schichtaufbau, der Encoder axial abgetastet werden. Die magnetisierbare Schicht eines axial aufgebauten Encoders kann weiter mehrere radial nebeneinanderliegende magnetische Spuren mit unterschiedlicher Polzahl umfassen.Alternatively, in the case of an encoder with an axial layer structure, the encoder can be scanned axially. The magnetizable layer of an axially constructed encoder may further comprise a plurality of radially adjacent magnetic tracks with different number of poles.

Im Falle mehrerer nebeneinanderliegender magnetischer Spuren mit unterschiedlicher Polzahl, also sowohl bei der radialen als auch bei der axialen Ausführungsform, kann durch eine synchrone Abtastung der mehreren Spuren der absolute Verdrehwinkel beispielsweise der Welle oder einer anderen drehbaren Lagerkomponente bestimmt werden.In the case of several juxtaposed magnetic tracks with different number of poles, so both in the radial and in the axial embodiment, can be determined by a synchronous scanning of the multiple tracks of the absolute angle of rotation, for example, the shaft or other rotatable bearing component.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Encoder eine magnetisch leitfähige Schicht, die an der magnetisierbaren Schicht angeordnet ist und geeignet ist, einen magnetischen Rückschluss zu bilden. Über einen magnetischen Rückschluss kann die Güte der multipolbasierten Messung verbessert werden. Eine solche magnetisch leitfähige Schicht kann aus einem Blech gebildet sein. In a further embodiment, the encoder comprises a magnetically conductive layer, which is arranged on the magnetizable layer and is suitable for forming a magnetic return. A magnetic inference can improve the quality of the multipole-based measurement. Such a magnetically conductive layer may be formed from a metal sheet.

In einer weiteren Ausführungsform dient die magnetisch leitfähige Schicht, also beispielsweise das Blech, auch als Träger, um den Encoder an dem drehbaren Maschinenteil anzuordnen. Jedoch ist es auch möglich, dass in einer anderen Ausführungsform der Träger keine magnetisch leitfähige Eigenschaft hat und nur zur Anordnung des Encoders am drehbaren Maschinenteil vorgesehen ist. Es ist auch möglich, dass die Trägerfunktion direkt von der nicht-magnetischen Schicht erfüllt wird.In a further embodiment, the magnetically conductive layer, that is, for example, serves the sheet, also as a carrier, to arrange the encoder on the rotatable machine part. However, it is also possible that in another embodiment, the carrier has no magnetically conductive property and is provided only for the arrangement of the encoder on the rotatable machine part. It is also possible that the carrier function is directly satisfied by the non-magnetic layer.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Träger eine Lagerkomponente, beispielsweise ein Lagerring.In a particularly advantageous embodiment, the carrier is a bearing component, for example a bearing ring.

Weiter von der Erfindung umfasst ist eine Sensorvorrichtung, die einen Encoder nach einer der zuvor oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen und mindestens einen Sensor, der näher an der nicht-magnetischen Schicht als an der magnetisierbaren Schicht angeordnet ist, umfasst. Der Sensor kann beispielsweise ein Sensor aus der folgenden Gruppe sein: Hall-Sensor, GMR-Sensor (GMR steht für giant magnetoresistance (Englisch)), anisotroper magnetoresistiver Sensor (AMR-Sensor), passiv induktiver Sensor, Wirbelstromsensor oder pyroelektrischer Infrarot-Sensor. Die Sensorvorrichtung kann auch mehrere Sensoren unterschiedlichen Typs umfassen. Somit können, je nach Typ und Anzahl der Sensoren, unterschiedliche physikalische Parameter erfasst werden. Beispielsweise können ein Hall-Sensor und ein Wirbelstromsensor an verschiedenen Stellen eines ringförmigen Encoders, der beispielsweise mit dem drehbaren Teil eines Lagers fest verbunden ist, angeordnet sein. Der Hall-Sensor kann dabei für die Erfassung der Drehzahl dienen, der Wirbelstromsensor für die Erfassung des Abstands. Im ersten Fall dient die magnetisierbare Encoderschicht als Messobjekt, im zweiten Fall die nicht-magnetische elektrisch leitfähige Encoderschicht. Further comprised by the invention is a sensor device which comprises an encoder according to one of the embodiments described above or below and at least one sensor which is arranged closer to the non-magnetic layer than to the magnetizable layer. The sensor may, for example, be a sensor from the following group: Hall sensor, GMR sensor (GMR stands for giant magnetoresistance (English)), anisotropic magnetoresistive sensor (AMR sensor), passive inductive sensor, eddy current sensor or pyroelectric infrared sensor. The sensor device may also comprise a plurality of sensors of different types. Thus, depending on the type and number of sensors, different physical parameters can be detected. For example, a Hall sensor and an eddy current sensor can be arranged at different locations of an annular encoder, which is fixedly connected, for example, to the rotatable part of a bearing. The Hall sensor can be used for the detection of the speed, the eddy current sensor for the detection of the distance. In the first case, the magnetizable encoder layer serves as the measurement object, in the second case the non-magnetic, electrically conductive encoder layer.

Bei einer weiteren Ausführungsform einer Sensorvorrichtung mit mindestens einem Sensor ist der Sensor in einem Abstand von 0,1 bis 2 Millimeter von der nicht-magnetischen Schicht angeordnet.In a further embodiment of a sensor device with at least one sensor, the sensor is arranged at a distance of 0.1 to 2 millimeters from the non-magnetic layer.

Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein Lager mit einem Encoder, der zuvor oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.Also included in the invention is a bearing with an encoder, the embodiments described above or below.

Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein Lager mit einer Sensorvorrichtung, der zuvor oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.Also included in the invention is a bearing with a sensor device, the embodiments described above or below.

Wie zuvor bereits beschrieben, kann der Encoder beispielsweise an einer Welle oder einem Lagerring angeordnet sein. In diesem Fall ist das drehbare Maschinenteil also eine Welle oder ein Lagerring.As already described above, the encoder can be arranged, for example, on a shaft or a bearing ring. In this case, the rotatable machine part is thus a shaft or a bearing ring.

Es versteht sich, dass der Encoder für einen radialen oder auch einen axialen Aufbau einer Sensorvorrichtung ausgebildet sein kann. Bei einem radialen Aufbau sind die Encoderschichten radial aufeinander angeordnet. Beispielsweise kann eine Sensorvorrichtung von radial innen nach radial außen folgendermaßen aufgebaut sein: magnetisierbare Schicht, nicht-magnetische elektrisch leitfähige Schicht, Beschichtung mit einem hohen Emissionsgrad, und radial außen um den Umfang verteilt ein Hall-Sensor, ein Wirbelstromsensor und ein pyroelektrischer Infrarot-Sensor.It is understood that the encoder can be designed for a radial or an axial structure of a sensor device. In a radial structure, the encoder layers are arranged radially on top of each other. For example, a sensor device can be constructed from radially inward to radially outward as follows: magnetizable layer, nonmagnetic electrically conductive layer, coating with a high emissivity, and distributed radially around the circumference a Hall sensor, an eddy current sensor and a pyroelectric infrared sensor ,

Wie bereits erwähnt, sind bei einem axialen Schichtaufbau die Encoderschichten axial nebeneinander aufgebaut. Bei einer Sensorvorrichtung mit einem solchen Encoder und mindestens einem Sensor ist der Sensor in axialer Richtung zunächst auf die nicht-magnetische elektrisch leitfähige Schicht gerichtet.As already mentioned, with an axial layer structure, the encoder layers are constructed axially next to each other. In a sensor device with such an encoder and at least one sensor, the sensor is initially directed in the axial direction to the non-magnetic electrically conductive layer.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren dargestellt. Die Figuren zeigen nicht-skalierte Zeichnungen. Es zeigen:Hereinafter, several embodiments of the invention will be illustrated with reference to figures. The figures show unscaled drawings. Show it:

1 ein Lager mit einem erfindungsgemäßen Encoder beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, 1 a bearing with an encoder according to the invention or a sensor device according to the invention,

2 eine radiale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen ringförmigen Encoders, 2 a radial sectional view of an annular encoder according to the invention,

3 bis 8 sowie 10 axiale Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Encoders, und 3 to 8th such as 10 axial sectional views of various embodiments of the encoder according to the invention, and

9 eine radiale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Encoders mit einem Zahnrad. 9 a radial sectional view of an encoder according to the invention with a gear.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

1 zeigt das Lager 1 mit einem erfindungsgemäßen Encoder 9 beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung. Das Lager 1 umfasst einen Außenring 1a, Wälzkörper 1c und einen an der Welle 2 angeordneten Innenring 1b. Der Encoder 9 ist aus drei Schichten aufgebaut: dem Träger 5, der magnetisierbaren Schicht 6 und der nicht-magnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 7. Der Träger 5 kann aus einem massiven Stahl gefertigt sein und ist fest mit dem drehbaren Innenring 1b und/oder der drehbaren Welle 2 verbunden. Der Träger 5 erfüllt dann eine Trägerfunktion für den gesamten Encoder 9. Wenn der Träger 5 zudem magnetisch leitfähig ist, dient er auch einem magnetischen Rückschluss von Polen in der magnetisierbaren Schicht 6. Auf der magnetisierbaren Schicht 6 ist die nicht-magnetische elektrisch leitfähige Schicht 7 angeordnet. Die nicht-magnetische Schicht 7 kann beispielsweise als nicht-magnetische Hülse auf die magnetisierbare Schicht 6 aufgeschoben und/oder aufgepresst werden. Alternativ kann die nicht-magnetische Schicht 7 als nicht-magnetische Beschichtung auf die magnetisierbare Schicht 6 aufgebracht werden. Weiter ist der Sensorhalter 3 am Außenring 1a fest angeordnet. Der Sensorhalter 3 hält den Sensor 4. Sensor 4 misst die entsprechende Maßgröße des Encoders. In 1 sind der Sensor 4 am stehenden Lagerteil und der Encoder 9 am drehbaren Lagerteil angeordnet. Kabel zur Datenübermittlung oder Stromversorgung können daher einfach an den Sensor 4 herangeführt werden. Weiter kann die Sensorvorrichtung, insbesondere der Encoder 9, einfach von außen an das Lager angebracht werden. Somit ist eine kostengünstige Nachrüstung einer Sensorvorrichtung an Standardlagern zur Erfassung von physikalischen Parametern möglich. 1 shows the camp 1 with an encoder according to the invention 9 or a sensor device according to the invention. The warehouse 1 includes an outer ring 1a , Rolling elements 1c and one on the shaft 2 arranged inner ring 1b , The encoder 9 is made up of three layers: the carrier 5 , the magnetizable layer 6 and the non-magnetic electroconductive layer 7 , The carrier 5 Can be made of solid steel and is fixed to the rotatable inner ring 1b and / or the rotatable shaft 2 connected. The carrier 5 then fulfills a carrier function for the entire encoder 9 , If the carrier 5 In addition, it is magnetically conductive, it also serves a magnetic inference of poles in the magnetizable layer 6 , On the magnetizable layer 6 is the non-magnetic electrically conductive layer 7 arranged. The non-magnetic layer 7 For example, as a non-magnetic sleeve on the magnetizable layer 6 deferred and / or pressed on. Alternatively, the non-magnetic layer 7 as a non-magnetic coating on the magnetizable layer 6 be applied. Next is the sensor holder 3 on the outer ring 1a firmly arranged. The sensor holder 3 Holds the sensor 4 , sensor 4 measures the corresponding dimension of the encoder. In 1 are the sensor 4 on the stationary bearing part and the encoder 9 arranged on the rotatable bearing part. Cable for data transmission or power supply can therefore easily to the sensor 4 be introduced. Next, the sensor device, in particular the encoder 9 , simply be attached to the bearing from the outside. Thus, a cost-effective retrofitting of a sensor device to standard bearings for the detection of physical parameters is possible.

2 zeigt eine radiale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen ringförmigen Encoders 9. Der Encoder 9 umfasst den Träger 5, die magnetisierbare Schicht 6 und die nicht-magnetische elektrisch leitfähige Schicht 7. 2 shows a radial sectional view of an inventive annular encoder 9 , The encoder 9 includes the carrier 5 , the magnetizable layer 6 and the non-magnetic electroconductive layer 7 ,

Der Encoder 9 in 2 wird in zwei alternativen Ausführungsformen in 3 und 4 in axialen Schnittansichten dargestellt. So zeigt 3 einen Träger 5 aus massivem Stahl, und 4 hingegen zeigt alternativ einen Träger 5 aus gebogenem Blech.The encoder 9 in 2 is in two alternative embodiments in 3 and 4 shown in axial sectional views. So shows 3 a carrier 5 made of solid steel, and 4 however, alternatively shows a carrier 5 from bent sheet metal.

5 zeigt eine axiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Encoders. Der Träger 5 ist in einem L-förmigen Profil ausgebildet. Durch diese L-förmige Erhöhung des Trägers 5 kann die nicht-magnetische Schicht 7 direkt auf dem Träger 5 angeordnet werden. Die magnetisierbare Schicht 6 ist in dem verbleibenden Zwischenraum, der von dem L-förmigen Träger 5 und der nicht-magnetischen Schicht 7 gebildet wird, angeordnet. Beispielsweise kann eine nicht-magnetische Hülse direkt auf dem L-förmigen Träger 5 aufliegen; eine Kunststoffschicht mit eingebundenen magnetisierbaren Partikeln kann dazwischen angeordnet sein. Durch den direkten Kontakt der nicht-magnetischen Hülse mit dem L-förmigen Träger 5 kann eine höhere mechanische Stabilität erreicht werden, was auch zu einer besseren Rundlaufgenauigkeit führen kann. Der Träger 5 muss nicht notwendigerweise in einem L-förmigen Profil ausgebildet sein. Er kann auch eine andere Form mit einer Erhöhung aufweisen, die es ermöglicht, dass die nicht-magnetische Schicht 7 direkt an dem Träger 5 angeordnet werden kann, wobei die magnetisierbare Schicht 6 weiter dazwischenliegend ist. 5 shows an axial sectional view of another embodiment of an encoder according to the invention. The carrier 5 is formed in an L-shaped profile. Through this L-shaped elevation of the wearer 5 can the non-magnetic layer 7 directly on the carrier 5 to be ordered. The magnetizable layer 6 is in the remaining gap, that of the L-shaped carrier 5 and the non-magnetic layer 7 is formed, arranged. For example, a non-magnetic sleeve may be directly on the L-shaped carrier 5 rest; a plastic layer with incorporated magnetizable particles can be arranged therebetween. By the direct contact of the non-magnetic sleeve with the L-shaped carrier 5 a higher mechanical stability can be achieved, which can also lead to a better concentricity. The carrier 5 does not necessarily have to be formed in an L-shaped profile. It may also have another shape with an elevation that allows the non-magnetic layer 7 directly on the carrier 5 can be arranged, wherein the magnetizable layer 6 is more intermediate.

6 und 7 zeigen eine axiale Schnittansicht weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Encoders, wobei die nicht-magnetische Schicht 7 als Träger dient. In 6 ist die nicht-magnetische Schicht 7 in einem U-förmigen Profil ausgebildet und umgibt die magnetisierbare Schicht 6 von drei Seiten. Beispielsweise können die nicht-magnetische Schicht 7 aus einem stabilen nicht-magnetischen Stahl und die magnetisierbare Schicht 6 aus einem Kunststoff mit eingebundenen magnetisierbaren Partikeln ausgebildet sein. Der Kunststoff kann hierbei vorteilhaft in den U-förmigen Träger gegossen werden. In 7 hingegen ist die nicht-magnetische Schicht 7 in einem L-förmigen Profil hergestellt. Die magnetisierbare Schicht 6 kann hier beispielsweise vorteilhaft aufvulkanisiert werden. 6 and 7 show an axial sectional view of further embodiments of an encoder according to the invention, wherein the non-magnetic layer 7 serves as a carrier. In 6 is the non-magnetic layer 7 formed in a U-shaped profile and surrounds the magnetizable layer 6 from three sides. For example, the non-magnetic layer 7 made of a stable non-magnetic steel and the magnetizable layer 6 be formed of a plastic with integrated magnetizable particles. The plastic can be advantageously poured into the U-shaped carrier. In 7 while the non-magnetic layer is 7 made in an L-shaped profile. The magnetizable layer 6 can be advantageously vulcanized here, for example.

8 zeigt eine axiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Encoders. Wie in 6 und 7 dient die nicht-magnetische Schicht 7 als Träger. Weiter umfasst der Encoder in 8 eine magnetisch leitfähige Schicht 5. Eine solche magnetisch leitfähige Schicht 5 kann beispielsweise ein Blechring sein, der den magnetischen Rückschluss von Polen der magnetisierbaren Schicht 6 sicherstellt. 8th shows an axial sectional view of another embodiment of an encoder according to the invention. As in 6 and 7 serves the non-magnetic layer 7 as a carrier. Next includes the encoder in 8th a magnetically conductive layer 5 , Such a magnetically conductive layer 5 may be, for example, a metal ring, the magnetic inference of poles of the magnetizable layer 6 ensures.

9 zeigt eine radiale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Encoders 9 mit einem ferromagnetischen Zahnrad 8. Die ferromagnetische (magnetisierbare) Schicht ist also periodisch unterbrochen. Bei Bewegung des Encoders 9 erzeugt das Zahnrad 8 in einem das Zahnrad 8 überlagernden permanenten Magnetfeld Magnetfeldänderungen, die ein entsprechender Sensor messen kann. 9 shows a radial sectional view of an encoder according to the invention 9 with a ferromagnetic gear 8th , The ferromagnetic (magnetizable) layer is thus interrupted periodically. When moving the encoder 9 generates the gear 8th in one the gear 8th Overlapping permanent magnetic field changes magnetic field, which a corresponding sensor can measure.

10 zeigt eine axiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Encoders. Die Schichten sind in axialer Richtung in folgender Reihenfolge angeordnet: Träger 5, magnetisierbare Schicht 6 und nicht-magnetische Schicht 7. Ein solcher axial aufgebauter Encoder kann beispielsweise auf einem Lagerring axial seitlich angeordnet werden. Ein entsprechender Sensor kann in axialer Richtung zunächst auf die nicht-magnetische elektrisch leitfähige Schicht gerichtet werden, der Encoder liegt also zwischen dem Lagerring und dem Sensor. 10 shows an axial sectional view of another embodiment of an encoder according to the invention. The layers are arranged in the axial direction in the following order: carrier 5 , magnetizable layer 6 and non-magnetic layer 7 , Such an axially constructed encoder can be arranged axially laterally, for example, on a bearing ring. A corresponding sensor can first be directed in the axial direction onto the non-magnetic electrically conductive layer, ie the encoder lies between the bearing ring and the sensor.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Lager camp
1a1a: Außenring outer ring
1b1b: Innenring inner ring
1c1c: Wälzkörper rolling elements
22: Welle wave
33: Sensorhalter sensor holder
44: Sensor sensor
55: Träger bzw. magnetische Rückschlussschicht Carrier or magnetic return layer
66: Magnetisierbare Schicht Magnetizable layer
77: Nicht-magnetische elektrisch leitfähige Schicht Non-magnetic electrically conductive layer
88th: Ferromagnetisches Zahnrad Ferromagnetic gear
9 9: Encoderencoder

Claims

Encoder ( 9 ) for a rotatable machine part ( 1 ) comprising: a non-magnetic layer ( 7 ), wherein the non-magnetic layer ( 7 ) is electrically conductive, and a magnetizable layer ( 6 ).

Encoder according to claim 1, wherein the non-magnetic layer ( 7 ) has a thickness of 50 microns to 1.5 millimeters.

Encoder according to claim 1 or 2, wherein the non-magnetic layer ( 7 ) has a coating with a high emissivity.

Encoder according to one of claims 1 to 3, wherein the magnetizable layer ( 6 ) is interrupted periodically.

Encoder according to one of claims 1 to 4, wherein the magnetizable layer ( 6 ) is formed as a carrier with magnetizable particles.

Encoder according to one of claims 1 to 5, wherein the magnetizable layer ( 6 ) has magnetic poles.

Encoder according to claim 6, wherein the magnetizable layer ( 6 ) comprises at least two axially or radially adjacent tracks with different number of poles.

Encoder according to one of claims 1 to 7, further comprising: a magnetically conductive layer ( 5 ) attached to the magnetizable layer ( 6 ) is arranged.

Encoder according to claim 8, wherein the magnetically conductive layer ( 5 ) is a bearing component.

Sensor device comprising: - an encoder ( 9 ) according to one of claims 1 to 9, and - at least one sensor ( 4 ), wherein the sensor is closer to the non-magnetic layer ( 7 ) than at the magnetizable layer ( 6 ) is arranged.

Sensor device according to claim 10, wherein the at least one sensor ( 4 ) at least one of the following sensors is: - Hall sensor - GMR sensor, - anisotropic magnetoresistive sensor, - passive inductive sensor, - eddy current sensor, - pyroelectric infrared sensor.