DE102019120791A1 - Sensoranordnung mit Multipolencoder sowie Rotationslager mit Sensoranordnung - Google Patents

Sensoranordnung mit Multipolencoder sowie Rotationslager mit Sensoranordnung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung eines Weges oder eines Drehwinkels oder auch einer Geschwindigkeit oder einer Winkelgeschwindigkeit. Die Sensoranordnung umfasst einen Multipolencoder aus mehreren aneinander angrenzenden magnetischen Polpaaren (01), die eine Abtastebene mit in einer Abtastrichtung (x) abwechselnd angeordneten magnetischen Nordpolen (02) und Südpolen (03) bereitstellen, welche jeweils durch eine Grenzlinie (04) voneinander getrennt sind. Die Sensoranordnung umfasst weiterhin mindestens einen Magnetfeldsensor, welcher in der Abtastrichtung (x) relativ zu dem Magnetfeldsensor bewegbar ist, wobei ein Tastverhältnis eines Signals des Magnetfeldsensors einem Verhältnis einer Breite eines der Nordpole (02) zu einer Gesamtbreite eines der Polpaare (01) entspricht. Der Magnetfeldsensor ist zur einzelnen Messung einer in die Abtastrichtung (x) ausgerichteten Komponente des Magnetfeldes ausgebildet. Die Grenzlinien (04) sind derart ausgebildet, dass sich bei einer Bewegung des Multipolencoders in der Abtastrichtung (x) und bei einer gleichzeitigen Bewegung in einer dazu senkrechten Richtung (y) das Tastverhältnis des Signales in Abhängigkeit von der gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrechten Richtung (y) ändert. Erfindungsgemäß weisen die Nordpole (02) und die Südpole (03) jeweils eine Magnetisierung auf, welche in die Abtastrichtung (x) ausgerichtet ist. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Rotationslager mit zwei relativ zueinander rotierbaren Maschinenteilen und einer Sensoranordnung zur Erfassung einer Rotationsgeschwindigkeit.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung eines Weges oder eines Drehwinkels oder auch einer Geschwindigkeit oder einer Winkelgeschwindigkeit. Die Sensoranordnung umfasst einen Multipolencoder aus mehreren aneinander angrenzenden magnetischen Polpaaren und einen Magnetfeldsensor. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Rotationslager mit zwei relativ zueinander rotierbaren Maschinenteilen und mit einer Sensoranordnung zur Erfassung einer Rotationsgeschwindigkeit.
  • Die EP 1 749 193 B1 zeigt eine Wälzlagereinheit mit einer Lastmesseinheit. Die Wälzlagereinheit umfasst einen stationärseitigen Laufwegring, einen drehseitigen Laufwegring und eine Vielzahl an Rollelementen. Die Lastmesseinheit umfasst einen Kodierer, der an einem Teil des drehseitigen Laufwegrings konzentrisch mit dem drehseitigen Laufwegring gehalten wird und der eine erfasste Fläche mit einer alternierend entlang einer Umfangsrichtung wechselnden Eigenschaft, insbesondere eine wechselnde Magnetisierung aufweist. Die magnetisierten Areale weisen in Abhängigkeit vom Durchmesser variierende Breiten auf, um neben einer Drehzahl auch eine Verlagerung des Kodierers und damit eine Wälzlagerbelastung ermitteln zu können. Ein Sensor wird an einem nicht-gedrehten Teil in einem Zustand gehalten, in welchem ein Erfassungsteil der erfassten Fläche gegenüberliegt.
  • Aus der DE 10 2007 023 385 A1 ist eine Messvorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Linear- oder Rotationsbewegungen bekannt, welche mit einem ortsfesten magnetoresistiven Chipsensor und einer diesem unter Freilassung eines Luftspaltes benachbarten Magnetfeldgebereinrichtung arbeitet. Die Magnetfeldgebereinrichtung weist einzelne Magnetsegmente auf, die in ihrer Polung wechselweise in z-Richtung eines dreidimensionalen x/y/z-Koordinatensystems axial magnetisiert sind. Der Chipsensor ist mit seinen Großflächen in der x/y-Ebene oder in der x/z-Ebene des Koordinatensystems oder in einer Zwischenlage zu diesen Ebenen ausgerichtet. Hierbei liegen die Messrichtung und die Großfläche des Chipsensors jeweils in x-Richtung des x/y/z-Koordinatensystems.
  • Die EP 1 876 422 A1 lehrt eine Vorrichtung zur Erfassung und Übermittlung von Winkelinformationen. Die Vorrichtung umfasst ein rotierbares Geberrad, welchem signalgebende Elemente zugeordnet sind. Die von den Elementen ausgesandten Signale sind von einem Sensor erfassbar, um einen Verdrehwinkel und/oder eine Winkelgeschwindigkeit des Geberrads zu ermitteln. Die Elemente weisen signalgebende Mittel auf, durch welche eine der rotierenden Bewegung des Geberrads überlagerte translatorische Bewegung durch den Sensor erfassbar ist.
  • Die US 2004/0263159 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Ermittlung der Bewegung einer Antriebswelle. Diese Vorrichtung umfasst einen mehrpoligen Magneten und einen Sensor. Der Sensor oder der Magnet wird von der Antriebswelle gedreht. Der Magnet weist Nord- und Südpole auf, die sich entsprechend der relativen Winkelposition des Sensors und des Magneten abwechseln. Die Pole bestehen aus einem magnetisierbaren Material. Die Bewegung der Antriebswelle entlang der Achse kann entsprechend den erkannten Wechselpolen erkannt werden.
  • Aus der JP 2007-051962 A ist eine Vorrichtung bekannt, mit welcher eine zwischen einer Gehäusescheibe und einer Wälzlagereinheit wirkende Last bestimmbar sein soll. Die Vorrichtung umfasst einen Sensor und einen Geber mit abwechselnden magnetischen Nord- und Südpolen. Es wird eine Änderung eines Ausgangssignals des Sensors gegenüber einer zu erfassenden Oberfläche des Gebers gemessen. Grenzen zwischen den magnetischen Nord- und Südpolen auf der zu erfassenden Oberfläche des Gebers sind in einer gekrümmten Form ausgebildet.
  • Die DE 10 2018 106 438 A1 zeigt eine Sensoranordnung mit einem Multipolencoder aus mehreren aneinander angrenzenden Polpaaren, die eine Abtastebene mit in einer Abtastrichtung X abwechselnd angeordneten magnetischen Nord- und Südpolen bereitstellen, und mit mindestens einen Magnetfeldsensor mit einer Sensorfläche. Der Multipolencoder ist in der Abtastrichtung X relativ zu dem Magnetfeldsensor bewegbar, sodass durch die Sensorfläche ein in Abtastrichtung veränderliches Magnetfeld mit alternierender Polarität läuft, dessen Abtast-Feldstärke zwischen benachbarten Polen jeweils einen Nulldurchgang zeigt. Die Sensoranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Grenzlinien zwischen benachbarten Polpaaren des Multipolencoders derart ausgebildet sind, dass sich das Tastverhältnis des Signales des Magnetfeldsensors bei Bewegung des Multipolencoders in Abtastrichtung X ändert, wenn gleichzeitig eine Bewegung des Multipolencoders in einer senkrecht zu der Abtastrichtung verlaufenden Richtung Y stattfindet, während die Gesamtbreite des Polpaares mit Nordpol und Südpol gleich bleibt, wobei das Tastverhältnis dem Verhältnis der Nordpolbreite zu der Gesamtbreite des Polpaares mit Nordpol und Südpol entspricht.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine verbesserte Sensoranordnung bereitzustellen, die einen Multipolencoder mit einer Abtastebene aus mehreren in einer Abtastrichtung aufeinanderfolgenden magnetischen Polen nutzt und eine Erfassung von Bewegungen in die Abtastrichtung und zusätzlich eine Erfassung von Bewegungen des Multipolencoders senkrecht zu der Abtastrichtung ermöglicht. Auf diesem Wege kann indirekt eine Belastung eines Lagers ermittelt werden. Es soll insbesondere auch die Verwendung eines Magnetfeldsensors in der Sensoranordnung möglich sein, welcher dazu ausgebildet ist, ausschließlich eine einzelne Richtungskomponente eines Magnetfeldes des Multipolencoders zu erfassen, was insbesondere bei solchen Magnetfeldsensoren der Fall ist, welche den magnetoresistiven Effekt zur Messung des Magnetfeldes nutzen. Diese Richtungskomponente ist in der Regel in eine x-Richtung ausgerichtet.
  • Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch ein Rotationslager gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10.
  • Die erfindungsgemäße Sensoranordnung dient zur Bestimmung eines Weges oder eines Drehwinkels oder auch einer Geschwindigkeit oder einer Winkelgeschwindigkeit in einer Hauptbewegungsrichtung, welche in der Regel eine x-Richtung darstellt. Weiterhin ist auch eine Erfassung einer Verlagerung in einer zur Hauptbewegungsrichtung senkrechten Richtung möglich, insbesondere in eine y-Richtung. Die Sensoranordnung umfasst einen Multipolencoder aus mehreren aneinander angrenzenden magnetischen Polpaaren, die eine Abtastebene mit in einer Abtastrichtung abwechselnd angeordneten magnetischen Nordpolen und Südpolen bereitstellen. Die Polpaare weisen jeweils eine gleiche Gesamtbreite auf, wobei die Gesamtbreite den Nordpol und den Südpol des jeweiligen Polpaares umfasst. Die aufeinanderfolgenden Pole werden von den aneinandergereihten Polpaaren bereitgestellt, wobei die Pole abwechselnde Magnetfeldausrichtungen besitzen. Die Nordpole und die Südpole sind jeweils durch eine Grenzlinie voneinander getrennt. An den Grenzlinien wechselt die Polarisierung. Der Multipolencoder bildet einen Primärsensor der Sensoranordnung.
  • Die Sensoranordnung umfasst weiterein mindestens einen Magnetfeldsensor mit einer Sensorfläche. Der Multipolencoder ist in der Abtastrichtung relativ zu dem Magnetfeldsensor bewegbar, sodass durch die Sensorfläche ein in Abtastrichtung veränderliches Magnetfeld mit alternierender Polarität läuft. Ein daraufhin vom Magnetfeldsensor erzeugtes Signal hat einen sinusförmigen bzw. einen sinusähnlichen Verlauf, welcher die abwechselnde Polarität des Multipolencoders widerspiegelt. Das durch die Sensorfläche laufende in die Abtastrichtung veränderliche Magnetfeld weist eine Abtast-Feldstärke auf, welches zwischen benachbarten der Nord- und Südpole jeweils einen Nulldurchgang zeigt. Bei einer konstanten Bewegungsgeschwindigkeit in die Abtastrichtung ist die Periodendauer dieses sinusförmigen bzw. sinusähnlichen Signales ebenfalls konstant. Die Breite einer positiven Sinus-Halbwelle dieses Signales, welche beispielsweise beim Durchlaufen eines der magnetischen Nordpole erzeugt wird, und die Breite einer negativen Sinus-Halbwelle dieses Signales, welche beispielsweise beim Durchlaufen eines der magnetischen Südpole erzeugt wird, sind dann gleich groß. Ein Tastverhältnis ist das Verhältnis einer veränderlichen Breite eines der Nordpole zu einer Gesamtbreite einer der Polpaare bzw. der äquivalenten Dauern im sinusförmigen Signal des Magnetfeldsensors und beträgt in einem regulären Falle, d. h. ohne eine Verschiebung des Multipolencoders in die senkrecht zur Abtastrichtung verlaufende Richtung, 0,5 bzw. 50%. Der Magnetfeldsensor bildet einen Sekundärsensor der Sensoranordnung.
  • Der Magnetfeldsensor ist zur einzelnen Messung einer in die Abtastrichtung ausgerichteten Komponente des Magnetfeldes des Multipolencoders ausgebildet. Der Magnetfeldsensor ist bevorzugt zur ausschließlichen einzelnen Messung der in die Abtastrichtung ausgerichteten Komponente des Magnetfeldes des Multipolencoders ausgebildet.
  • Die Grenzlinien zwischen benachbarten der Nord- und Südpole des Multipolencoders sind derart ausgebildet, dass sich dass sich bei einer Bewegung des Multipolencoders in der Abtastrichtung und bei einer gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in einer senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung das Tastverhältnis des Signales des Magnetfeldsensors in Abhängigkeit von der gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ändert. Die senkrecht zur Abtastrichtung verlaufende Richtung liegt in der Ebene der Grenzlinien, welche bevorzugt auch eine Haupterstreckungsebene des Multipolencoders und bevorzugt auch die Abtastebene bildet. Durch den Verlauf der Grenzlinien ändern sich jeweils die Breite der Nordpole und die Breite der Südpole in die senkrecht zur Abtastrichtung verlaufende Richtung, was auch zur entsprechenden Veränderung des Tastverhältnisses führt.
  • Erfindungsgemäß weisen die Nordpole und die Südpole jeweils eine Magnetisierung auf, welche in die Abtastrichtung ausgerichtet ist. Somit liegen die Richtungen der Magnetisierungen der Nordpole und der Südpole in der Abtastebene. Es handelt sich somit um laterale Magnetisierungen. Zumindest sind die Hauptmagnetisierungsrichtungen der Nordpole und der Südpole in die Abtastrichtung ausgerichtet.
  • Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Sensoranordnung besteht darin, dass durch eine Veränderung der Hauptmagnetisierungsrichtung der Nord- und Südpole neben den in der Abtastrichtung ausgerichteten Bewegungen auch senkrecht zu der Abtastrichtung ausgerichtete Bewegungen genau erfasst werden können, auch dann, wenn der Magnetfeldsensor nur in der Abtastrichtung empfindlich ist.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung gibt der Magnetfeldsensor bei einer Bewegung des Multipolencoders in der Abtastrichtung und bei einer gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ein Signal aus, dessen Nulldurchgänge in Abhängigkeit von der Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung relativ zueinander zeitlich verschoben sind. In einer nominellen Position des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung sind die Nulldurchgänge zeitlich gleich beabstandet. Die nominelle Position des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ist bezogen auf den Magnetfeldsensor und stellt eine Mittenlage dar. An dieser nominellen Position des Multipolencoders ist die Koordinate in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung gleich Null. Je größer die Abweichung von der nominellen Position des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ist, desto größer sind die Nulldurchgänge relativ zueinander verschoben, oder anders formuliert, desto mehr weicht das Tastverhältnis von 0,5 ab.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind die Grenzlinien zwischen den aneinandergrenzenden benachbarten Nord- und Südpaaren des Multipolencoders derart ausgebildet, dass sich bei einer Bewegung des Multipolencoders in der Abtastrichtung und bei einer gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung das Tastverhältnis des Signales des Magnetfeldsensors gemäß einer linearen Funktion in Abhängigkeit von der gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung ändert.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung weisen die Nordpole und die Südpole in der Abtastebene jeweils die Form eines gleichschenkligen Dreieckes auf. Die Nordpole und die Südpole sind mit ihren Dreiecksformen bevorzugt ineinander ragend angeordnet.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung weisen die Nordpole und die Südpole jeweils Feldlinien ihres Magnetfeldes auf. Eine Mehrzahl der Feldlinien schließt sich an einer Oberseite des Multipolencoders. In gleicher Weise schließt sich eine Mehrzahl der Feldlinien an einer Unterseite des Multipolencoders. Die Oberseite, die Unterseite und die Abtastebene sind parallel zueinander.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung umfassen zwei der Magnetfeldsensoren. Die Magnetfeldsensoren sind in der Abtastrichtung phasenversetzt zueinander angeordnet. Zudem sind die Magnetfeldsensoren in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung verschoben zueinander angeordnet. Hierdurch kann eine eindeutige Messung in der Abtastrichtung erfolgen. Bei einem Stillstand in der Abtastrichtung und einer Bewegung in der senkrecht zur Abtastrichtung verlaufenden Richtung kann ein Rückschluss auf die Lage gezogen werden.
  • Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist nicht auf ein bestimmtes Prinzip der Magnetfeldmessung durch den mindestens einen Magnetfeldsensor beschränkt. Die erfindungsgemäße Sensoranordnung weist jedoch den Vorteil auf, dass der Magnetfeldsensor auf die Messung einer einzelnen Richtungskomponente des Magnetfeldes, nämlich die in die Abtastrichtung ausgerichtete Richtungskomponente des Magnetfeldes, beschränkt sein kann. Dies ist insbesondere der Fall bei Magnetfeldsensoren, welche den magnetoresistiven Effekt nutzen. Daher ist der mindestens eine Magnetfeldsensor bevorzugt derart ausgebildet, dass er den magnetoresistiven Effekt nutzt. Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen ist der mindestens eine Magnetfeldsensor derart ausgebildet, dass er den Hall-Effekt nutzt. Damit der Magnetfeldsensor mit dem Hall-Effekt die Richtungskomponente des Magnetfeldes in die Abtastrichtung erfassen kann, kann es erforderlich sein, diesen anderes orientiert in Bezug zur Oberfläche des Multipolencoders anzubringen.
  • Der Multipolencoder kann sich sowohl in einer ebenen Fläche als auch entlang einer gekrümmten Fläche erstrecken. Der Multipolencoder weist bevorzugt die Form eines Rechteckes bzw. eines Streifens auf, wenn die Sensoranordnung zur Messung eines linearen Weges oder eine linearen Geschwindigkeit ausgebildet ist. Der Multipolencoder weist bevorzugt die Form eines Kreisringes oder eines Zylindermantels auf, wenn die Sensoranordnung zur Messung eines Winkels oder einer Winkelgeschwindigkeit ausgebildet ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensoranordnung mit einer Auswerteeinrichtung verbindbar. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Sensoreinrichtung mit einem Anschlusskabel zum Anschluss an eine Auswerteeinheit auszustatten. Es sind jedoch auch alternative Ausführungsformen möglich, bei denen die Datenübertragung zur Auswerteeinheit nicht über Kabel sondern drahtlos, vorzugsweise mit einem Funksignal erfolgt.
  • Das erfindungsgemäße Rotationslager umfasst zwei relativ zueinander rotierbare Maschinenteile und die zuvor beschriebene Sensoranordnung, welche zur Erfassung einer zwischen den beiden Maschinenteilen auftretenden Rotationsgeschwindigkeit dient. Die zueinander rotierbaren Maschinenteile sind bevorzugt durch einen Außenring und durch einen Innenring des Rotationslagers gebildet. Das Rotationslager kann beispielsweise als ein Radlager ausgebildet sein. Das Rotationslager umfasst bevorzugt eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Multipolencoders einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
    • 2 den in 1 gezeigten Multipolencoder in einer Querschnittsansicht mit einer Darstellung von Magnetfeldlinien;
    • 3 eine schematische Darstellung eines Multipolencoders einer Sensoranordnung gemäß dem Stand der Technik in einer Querschnittsansicht mit einer Darstellung von Magnetfeldlinien;
    • 4 ein Diagramm eines Verlaufes eines Ausgangssignales der in 2 gezeigten Sensoranordnung; und
    • 5 ein Diagramm eines Verlaufes eines Ausgangssignales der in 3 gezeigten Sensoranordnung.
  • 1 zeigt eine schematische vereinfachte, abgewickelte Darstellung eines Multipolencoders einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Der Multipolencoder weist eine Vielzahl an magnetischen Polpaaren 01 auf, die jeweils eine entgegengesetzte Orientierung von magnetisierten Arealen aufweisen, die im Folgenden vereinfacht als ein magnetischer Nordpol 02 und als ein magnetischer Südpol 03 bezeichnet werden, umfassen, welche in einer Abtastrichtung x abwechselnd angeordnet sind. Die magnetischen Nord- und Südpole 02, 03 sind jeweils durch eine Grenzlinie 04 voneinander getrennt. Die Grenzlinien 04 verlaufen in eine senkrecht zur Abtastrichtung x ausgerichtete Richtung y linear, sodass die Nordpole 02 und die Südpole 03 jeweils die Form eines gleichschenkligen Dreieckes ausweisen. An einer mittleren nominellen Position 06 beträgt eine Koordinate in die Richtung y gleich Null.
  • Die erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst weiterhin einen Magnetfeldsensor (nicht gezeigt), welcher gegenüber dem Multipolencoder angeordnet ist.
  • Der lineare Verlauf der Grenzlinien 04 bestimmt ein Tastverhältnis einer durch den Magnetfeldsensor (nicht gezeigt) zu messenden Abtast-Feldstärke, wenn sich der Multipolencoder in die Richtung y bewegt.
  • 2 zeigt den in 1 gezeigten Multipolencoder in einer Querschnittsansicht, wobei der Querschnitt in einer Ebene liegt, welche beabstandet von der mittleren nominellen Position 06 (gezeigt in 1) ist, sodass die Nordpole 02 und die Südpole 03 unterschiedliche Breiten aufweisen. Es sind Magnetfeldlinien 08 der Magnetisierungen der Nordpole 02 und der Südpole 03 dargestellt. Die Magnetfeldlinien 08 verdeutlichen, dass die Magnetisierungen der Nordpole 02 und der Südpole 03 in die Richtung x ausgerichtet sind.
  • 3 zeigt in einer Querschnittsansicht eine schematische Darstellung eines Multipolencoders einer Sensoranordnung gemäß dem Stand der Technik, wie er aus der DE 10 2018 106 438 A1 und der EP 1 749 193 B1 bekannt ist. Der Multipolencoder weist wie der in 2 gezeigte Multipolencoder eine Vielzahl an magnetischen Polpaaren 01 auf, die jeweils einen magnetischen Nordpol 02 und einen magnetischen Südpol 03 umfassen, welche in einer Abtastrichtung x abwechselnd angeordnet sind. Die magnetischen Nord- und Südpole 02, 03 sind jeweils durch eine Grenzlinie 04 voneinander getrennt. Im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten Multipolencoder sind die Magnetisierungen der Nordpole 02 und der Südpole 03 in eine senkrecht zu den Richtungen x und y ausgerichtete Richtung z ausgerichtet. Es handelt sich somit um axiale Magnetisierungen.
  • 4 zeigt ein Diagramm eines Verlaufes eines Ausgangssignals der in den 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Das Ausgangssignal repräsentiert eine in die Richtung x ausgerichtete Komponente Bx der Flussdichte des Magnetfeldes des Multipolencoders, welche mit dem Magnetfeldsensor (nicht gezeigt) einzeln messbar ist. Das Ausgangssignal zeigt einen ersten Verlauf 11 mit Extrema 12 und Nullstellen 13. Da sich der Multipolencoder bezogen auf den Magnetfeldsensor (nicht gezeigt) in der Richtung y an einer von der nominellen Position 06 (gezeigt in 1) beabstandeten Position befindet, weicht der erste Verlauf 11 deutlich von einer Sinusform ab, sodass die Zeiten zwischen den Nullstellen 13 ein Verhältnis zueinander aufweichen, welches deutlich von Eins abweicht. Dieses Verhältnis bestimmt das Tastverhältnis, welches entsprechend deutlich von 0,5 abweicht, was sicher messbar ist.
  • 5 zeigt ein Diagramm eines Verlaufes eines Ausgangssignals der in 4 gezeigten Sensoranordnung gemäß dem Stand der Technik, wobei wie in 4 die in die Richtung x ausgerichtete Komponente Bx der Flussdichte des Magnetfeldes des Multipolencoders dargestellt ist, welche gemäß dem Stand der Technik aber nicht einzeln gemessen wird. Wie bei der Darstellung in 4 ist das Ausgangssignal für den Fall gezeigt, dass sich der Multipolencoder bezogen auf den Magnetfeldsensor (nicht gezeigt) in der Richtung y an einer von der nominellen Position 06 (gezeigt in 1) beabstandeten Position befindet. Das Ausgangssignal zeigt einen zweiten Verlauf 14 mit den Extrema 12 und den Nullstellen 13. Zwar weicht auch der zweite Verlauf 14 deutlich von einer Sinusform ab, jedoch sind die Zeiten zwischen den Nullstellen 13 gleich groß. Somit ist an dem Verhältnis der Zeiten zwischen den Nullstellen 13 und somit auch an dem Tastverhältnis nicht zu erkennen, dass sich der Multipolencoder bezogen auf den Magnetfeldsensor (nicht gezeigt) in der Richtung y an einer von der nominellen Position 06 (gezeigt in 1) beabstandeten Position befindet. Hierbei wird deutlich, dass die Anordnung gemäß dem Stand der Technik mit einem Magnetfeldsensor (nicht gezeigt), der in die Richtung x empfindlich ist, nicht geeignet ist, zu funktionieren.
  • Bezugszeichenliste
  • 01
    Polpaar
    02
    Nordpol
    03
    Südpol
    04
    Grenzlinie
    05
    -
    06
    nominelle Position
    07
    -
    08
    Magnetfeldlinien
    09
    -
    10
    -
    11
    erster Verlauf
    12
    Extremum
    13
    Nullstelle
    14
    zweiter Verlauf
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1749193 B1 [0002, 0030]
    • DE 102007023385 A1 [0003]
    • EP 1876422 A1 [0004]
    • US 2004/0263159 A1 [0005]
    • JP 2007051962 A [0006]
    • DE 102018106438 A1 [0007, 0030]

Claims (10)

  1. Sensoranordnung, umfassend: - einen Multipolencoder aus mehreren aneinander angrenzenden Polpaaren (01), die eine Abtastebene mit in einer Abtastrichtung (x) abwechselnd angeordneten magnetischen Nordpolen (02) und Südpolen (03) bereitstellen, wobei die Polpaare (01) jeweils eine gleiche Gesamtbreite aufweisen, und wobei die Nordpole (02) und die Südpole (03) jeweils durch eine Grenzlinie (04) getrennt sind; und - mindestens einen Magnetfeldsensor mit einer Sensorfläche, wobei der Multipolencoder in der Abtastrichtung (x) relativ zu dem Magnetfeldsensor bewegbar ist, sodass durch die Sensorfläche ein in die Abtastrichtung (x) veränderliches Magnetfeld mit alternierender Polarität läuft, dessen Abtast-Feldstärke zwischen den benachbarten Nord- und Südpolen (02, 03) jeweils einen Nulldurchgang (11) zeigt, wobei ein Tastverhältnis eines Signals des Magnetfeldsensors einem Verhältnis einer Breite eines der Nordpole (02) zu der Gesamtbreite eines der Polpaare (01) entspricht, und wobei der Magnetfeldsensor zur einzelnen Messung einer in die Abtastrichtung (x) ausgerichteten Komponente des Magnetfeldes ausgebildet ist; wobei die Grenzlinien (04) zwischen den aneinandergrenzenden benachbarten Nord- und Südpolen (02, 03) des Multipolencoders derart ausgebildet sind, dass sich bei einer Bewegung des Multipolencoders in der Abtastrichtung (x) und bei einer gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in einer senkrecht zur Abtastrichtung (x) verlaufenden Richtung (y) das Tastverhältnis des Signales des Magnetfeldsensors in Abhängigkeit von der gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung (x) verlaufenden Richtung (y) ändert, dadurch gekennzeichnet, dass die Nordpole (02) und die Südpole (03) jeweils eine Magnetisierung aufweisen, welche in die Abtastrichtung (x) ausgerichtet ist.
  2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor bei einer Bewegung des Multipolencoders in der Abtastrichtung (x) und bei einer gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung (x) verlaufenden Richtung (y) ein Signal ausgibt, dessen Nulldurchgänge in Abhängigkeit von der Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung (x) verlaufenden Richtung (y) relativ zueinander zeitlich verschoben sind.
  3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzlinien (04) zwischen den aneinandergrenzenden benachbarten Nord- und Südpaaren (02, 03) des Multipolencoders derart ausgebildet sind, dass sich bei einer Bewegung des Multipolencoders in der Abtastrichtung (x) und bei einer gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung (x) verlaufenden Richtung (y) das Tastverhältnis des Signales des Magnetfeldsensors gemäß einer linearen Funktion in Abhängigkeit von der gleichzeitigen Bewegung des Multipolencoders in der senkrecht zur Abtastrichtung (x) verlaufenden Richtung (y) ändert.
  4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nordpole (02) und die Südpole (03) in der Abtastebene jeweils die Form eines gleichschenkligen Dreieckes aufweisen, wobei die Nordpole (02) und die Südpole (03) ineinander ragend angeordnet sind.
  5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nordpole (02) und die Südpole (03) jeweils Feldlinien (08) ihres Magnetfeldes aufweisen, wobei sich eine Mehrzahl der Feldlinien (08) an einer Oberseite des Multipolencoders schließt, und wobei sich eine Mehrzahl der Feldlinien (08) an einer Unterseite des Multipolencoders schließt.
  6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei der Magnetfeldsensoren umfasst, wobei die Magnetfeldsensoren in der Abtastrichtung (x) phasenversetzt und in der senkrecht zur Abtastrichtung (x) verlaufenden Richtung (y) verschoben zueinander angeordnet sind.
  7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnetfeldsensor dazu ausgebildet ist, den magnetoresistiven Effekt oder den Hall-Effekt zur Messung eines Magnetfeldes des Multipolencoders zu nutzen.
  8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Multipolencoder in einer ebenen Fläche erstreckt und die Form eines Streifens oder eines Kreisringes aufweist, oder dass sich der Multipolencoder in einer gekrümmten Fläche erstreckt und die Form eines Zylindermantels aufweist.
  9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Multipolencoder einen Bestandteil eines Linearlagers oder eines Rotationslagers bildet.
  10. Rotationslager mit zwei relativ zueinander rotierbaren Maschinenteilen und einer Sensoranordnung zur Erfassung einer Rotationsgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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