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Die Erfindung betrifft eine Messteilung
für ein Positionsmesssystem
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Messteilung umfasst
einen (vorteilhaft einteiligen) aus einem dauerhaft magnetisierbaren
Material bestehenden Grundkörper
(Teilungsträger),
dem als Teilungsverkörperung
eine bestimmte magnetische Struktur zugeordnet ist. Diese magnetische
Struktur wird gebildet durch eine Magnetisierung des Grundkörpers, gemäß der – entlang einer
definierten Messrichtung betrachtet – erste Abschnitte des Grundkörpers mit
einer ersten Richtung der Magnetisierung sowie zweite Abschnitte
mit mindestens einer weiteren Richtung der Magnetisierung derart
hintereinander angeordnet sind, dass durch Abtastung des Grundkörpers mittels
mindestens eines relativ zu dem Grundkörper entlang der Messrichtung
bewegten Sensors Positionsinformationen generierbar sind. Hierbei
kann es sich einerseits um eine absolute Positionsinformation handeln,
wenn die Magnetisierung des Grundkörpers einen magnetischen Code
bildet, durch dessen Abtastung für
jede Lage des Sensors bezüglich
des Grundkörpers
die Position des Sensors eindeutig ermittelbar ist. Andererseits
kann die magnetische Struktur des Grundkörpers auch zur Bildung einer
Inkrementalspur dienen, die lediglich die Bestimmung von Positionsänderungen
des mindestens einen Sensors bezüglich des
Grundkörpers
entlang der jeweiligen Messrichtung ermöglicht.
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Unter einem dauerhaft magnetisierbaren Material
wird hier ein magnetisches Material verstanden, in dem mittels eines
oder mehrerer äußerer magnetischer
Felder eine bestimmte, ortsabhängige Magnetisierung
erzeugbar ist, die auch dann erhalten bleibt, wenn sich der Grundkörper nicht
mehr unter dem Einfluss des oder der äußeren Magnetfelder befindet,
so dass der Grundkörper
als Bestandteil eines Positionsmesssystems verwendet werden kann.
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Ein Problem bei der Bereitstellung
eines magnetischen Grundkörpers
mit einer bestimmten magnetischen Struktur (ortsabhängigen Magnetisierung) besteht
in der Erzeugung einer magnetischen Struktur, die entlang der Messrichtung
betrachtet hintereinander angeordnete Abschnitte mit unterschiedlicher
Richtung der Magnetisierung aufweist, welche jeweils eine definierte,
vorbestimmte Ausdehnung besitzen, um präzise Positionsbestimmungen
zu ermöglichen.
Zur Bildung einer magnetischen Messteilung werden daher häufig zweiteilige
Grundkörper verwendet,
die jeweils unabhängig
voneinander magnetisiert und dann derart zusammengefügt werden, dass
der eine Teil des Grundkörpers
die Abschnitte mit einer ersten Richtung der Magnetisierung und
der andere Teil des Grundkörpers
die Abschnitte mit einer anderen, zweiten Richtung der Magnetisierung bildet.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine
Messteilung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich bei
einfachem Aufbau durch eine einfache Herstellbarkeit auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch
die Schaffung einer Messteilung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Danach werden die zweiten magnetischen Abschnitte
des Grundkörpers
durch magnetische Schwächungsbereiche
gebildet, deren Magnetisierungsrichtung durch die Richtung der Magnetisierung benachbarter
erster Abschnitte des magnetischen Grundkörpers bestimmtist.
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Eine derartige Messteilung lässt sich
in einfacher Weise dadurch erzeugen, dass der (vorzugsweise einteilige)
magnetische Grundkörper
in einem äußeren Magnetfeld
magnetisiert wird, wodurch die Richtung der Magnetisierung der ersten
Abschnitte des Grundkörpers
festgelegt ist. Die Richtung Magnetisierung der zweiten magnetischen
Abschnitte des Grundkörpers
wird jedoch nicht durch jenes äußere magnetische
Feld vorgegeben, sondern vielmehr durch den magnetischen Rückfluss
der Feldlinien, die von der Magnetisierung der ersten Abschnitte des
Grundkörpers
herrühren.
Denn zur Bildung geschlossener Feldlinien fließt der magnetische Fluss, den
das entlang einer ersten Richtung durch die ersten Abschnitte des
Grundkörpers
verlaufende magnetische Feld erzeugt, an den Schwächungsbereichen
in entgegengesetzter Richtung durch den Grundkörper. D.h., das äußere Magnetfeld
definiert nicht unmittelbar und direkt die Richtung der Magnetisierung
der zweiten magnetischen Abschnitte des Grundkörpers, sondern bestimmt diese
nur insofern mit, als durch das äußere Magnetfeld
die räumliche Orientierung
der Magnetisierung des Grundkörpers festgelegt
wird. Die Richtung der Magnetisierung in den zweiten magnetischen
Abschnitten wird letztlich durch den magnetischen Rückfluss
der Feldlinien festgelegt, die von der Magnetisierung der ersten
Abschnitte des Grundkörpers
herrühren;
und jene Richtung kann insbesondere entgegengesetzt zur Richtung
des äußeren Magnetfeldes
verlaufen.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass
die zweiten Abschnitte des Grundkörpers in einer senkrecht zur
Magnetisierungsrichtung verlaufenden Ebene jeweils zum überwiegenden
Teil, d. h. über
einen Winkel von mehr als 180°,
von Bereichen der ersten Abschnitte des Grundkörpers umgeben sind.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung sind die zweiten Abschnitte des Grundkörpers derart
ausgebildet und angeordnet, dass bei Magnetisierung des Grundkörpers mittels
eines homogenen äußeren Magnetfeldes
die Magnetisierungsrichtung der zweiten Abschnitte des Grundkörpers nicht
durch die Richtung des äußeren Magnetfeldes,
sondern durch die Richtung magnetischen Rückflusses der Magnetisierung
der ersten Abschnitte des Grundkörpers
erzeugt wird, wobei das äußere Feld
entscheidend für
die räumliche
Orientierung der Magnetisierung des Grundkörpers ist.
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Dies kann beispielsweise dadurch
erreicht werden, dass die zweiten Abschnitte des Grundkörpers ein
geringere Koerzitivfeldstärke
aufweisen als die ersten Abschnitte des Grundkörpers. Dies führt dazu,
dass nach der Magnetisierung des Grundkörpers in einem homogenen äußeren Magnetfeld
die zweiten Abschnitte des Grundkörpers die durch die Richtung
des äußeren Magnetfeldes
vorgegebene Magnetisierung nicht aufrecht erhalten, da ihnen durch
den magnetischen Rückfluss,
der durch die Magnetisierung der ersten Abschnitte des Grundkörpers erzeugt
wird, eine andere (insbesondere entgegengesetzte) Richtung der Magnetisierung
aufgezwungen wird. Gegebenenfalls kann hierzu im Anschluss an die
Magnetisierung des Grundkörpers
in einem homogenen äußeren Magnetfeld
der Grundkörper
zusätzlich
einem zweiten, schwächeren
Magnetfeld entgegengesetzter Richtung ausgesetzt werden, das zwar
nicht ausreicht, um die Richtung der Magnetisierung der ersten Abschnitte
des Grundkörpers
zu ändern,
das jedoch gemeinsam mit dem magnetischen Rückfluss jener ersten Abschnitte
für eine Ummagnetisierung
der durch magnetische Schwächungsbereiche
gebildeten zweiten Abschnitte des Grundkörpers sorgt.
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Ferner können die zweiten Abschnitte
des Grundkörpers
derart ausgebildet sein, dass sie eine geringere kritische Temperatur
(Unordnungstemperatur) aufweisen als die ersten magnetischen Abschnitte,
was ja ebenfalls einer Schwächung
der magnetischen Eigenschaften entspricht. Denn dies bedeutet, dass
die Magnetisierung der zweiten Abschnitte bei niedrigeren Temperaturen
zusammenbricht als die Magnetisierung der ersten Abschnitte. Dies
kann wiederum ausgenutzt werden, um eine Ummagnetisierung der zweiten
magnetischen Abschnitte des Grundkörpers dadurch zu erreichen, dass
dieser auf eine Temperatur erwärmt
wird, die etwas unterhalb der kritischen Temperatur (Curie-Temperatur im Fall
eines Ferromagneten) der zweiten magnetischen Abschnitte liegt.
Bei solchen Temperaturen wird die Magnetisierung der zweiten magnetischen
Abschnitte instabil und dies fördert
deren Ummagnetisierung unter dem Einfluss des Rückflusses der ersten magnetischen
Abschnitte bzw. eines schwachen äußeren Magnetfeldes,
das nicht zur Ummagnetisierung der ersten Abschnitte des Grundkörpers ausreicht.
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Die magnetischen Schwächungsbereiche des
Grundkörpers
des Positionsmesssystems, die die zweiten Abschnitte der Messteilung
bilden, können
insbesondere durch Ausnehmungen in dem Grundkörper definiert sein. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
bilden diese Ausnehmungen Durchgangsöffnungen, die einen einfachen
Durchtritt des magnetischen Rückflusses
der Magnetisierung der ersten Abschnitte des Grundkörpers ermöglichen. Andererseits
können
die Schwächungsbereiche auch
durch Bereiche verringerter Materialstärke (Dicke) des Grundkörpers gebildet
werden. Unter der Dicke des Grund körpers wird dabei dessen Ausdehnung
in einer Richtung senkrecht zur Messrichtung, insbesondere entlang
der Richtung der Magnetisierung, verstanden.
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Da die zweiten magnetischen Abschnitte
des Grundkörpers
durch Ausnehmungen, insbesondere auch in Form von Durchgangsöffnungen,
gebildet werden können,
ist: unter der „Magnetisierung" der zweiten magnetischen
Abschnitte jeweils das resultierende Magnetfeld (entsprechend dem
resultierenden magnetischen Fluss) in dem jeweiligen Abschnitt zu
verstehen. Der Begriff Magnetisierung ist in diesem Zusammenhang
also nicht in einem engen Sinne als Magnetisierung eines Materials
zu verstehen, sondern bezeichnet vielmehr das resultierende Feld in
einem bestimmten Raumbereich (Abschnitt des Grundkörpers).
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Zur Stabilisierung des Grundkörpers können die
Schwächungsbereiche
zusätzlich
mit einer nichtmagnetischen Füllmasse
gefüllt
sein.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Schwächungsbereiche
des Grundkörpers
derart symmetrisch angeordnet und ausgebildet, dass sich in Messrichtung
betrachtet eine symmetrische Feldverteilung beidseits des Grundkörpers ergibt,
so dass eine beidseitige, differenzielle Abtastung des Grundkörpers durch
beidseits angeordnete Sensoren möglich
ist. Ein solches Abtastprinzip ermöglicht die Erzeugung von Positionsmessdaten,
die unabhängig
von Relativbewegungen der als Abtasteinheit dienenden Sensoren bezüglich der
am Grundkörper
vorgesehenen Teilungsverkörperung
senkrecht zur Messrichtung sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist weiter vorgesehen, dass die Schwächungsbereiche
des Grundkörpers
in Messrichtung betrachtet in einem mittleren Bereich eine Einschnürung aufweisen,
z. B. knochenförmig
ausgebildet sind. Hierdurch bestehen besonders steile Feldgradienten
an den jeweiligen Übergängen von
den ersten Abschnitten zu den zweiten Abschnitten des Grundkörpers, so
dass diese Übergänge für eine präzise Positionsbestimmung
exakt ermittelbar sind.
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Nach einer anderen Ausführungsform
verbreitern bzw. verjüngen
sich die Schwächungsbereiche
in Messrichtung kontinuierlich, so dass die Schwächungsbereiche beispielswei se
tropfenförmig ausgebildet
sind. Hierdurch lässt
sich ein sägezahnartiger
Verlauf der Magnetisierung im Bereich der zweiten Abschnitte des
Grundkörpers
erzeugen.
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Bei den vorstehend erläuterten
Ausführungsbeispielen
beziehen sich die Verjüngungen
und Verbreiterungen der Schwächungsbereiche
jeweils insbesondere auf eine Ebene senkrecht zur Magnetisierungsrichtung.
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Als Teilungsträger der erfindungsgemäßen Messteilung
kann insbesondere ein durch Spritzgießen einstöckig geformter Grundkörper verwendet werden,
bestehend aus einem in Polyamid gebundenen (PA-gebundenen) Strontiumferrit.
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Für
eine definierte Führung
des durch die Magnetisierung des Grundkörpers erzeugten magnetischen
Flusses kann sich an dem Grundkörper,
insbesondere entlang einer Seite des Grundkörpers, ein Flussleitelement
in Form eines Eisen und/oder Nickel enthaltenden Flussleitbleches
erstrecken. Bei einem Grundkörper,
der nur auf einer Seite zur Positionsbestimmung mittels einer Abtasteinheit
abgetastet wird, erstreckt sich das Flussleitelement vorzugsweise
auf der anderen, gegenüber
liegenden Seite des Grundkörpers.
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Zur Fixierung des Flussleitelementes
am Grundkörper
kann die Füllmasse
dienen, mit der die zur Bildung der magnetischen Schwachstellen
vorgesehenen Ausnehmungen des Grundkörpers gefüllt sind. In diesem Fall muss
die Füllmasse
als ein Klebemittel ausgebildet sein, beispielsweise als eine Epoxyd-haltige
Klebermasse.
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Die erfindungsgemäße Messteilung eignet sich
sowohl zur Bildung einer linearen Messteilung für ein Längenmesssystem als auch zur
Bildung einer Messteilung für
ein Winkelmesssystem.
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Ein Positionsmesssystem mit einer
erfindungsgemäß ausgestalteten
Messteilung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 28 charakterisiert.
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Bei einem derartigen Positionsmesssystem können zur
Abtastung der Messteilung Sensoren einerseits nur auf einer Seite
der Messteilung oder andererseits auf einander gegenüber liegenden
Seiten der Messteilung vorgesehen sein.
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Als Sensoren zur Bildung einer Abtasteinheit eignen
sich grundsätzlich
alle Sensoren, die zur Abtastung einer magnetischen Messteilung
geeignet sind, wie z. B. (analoge oder digitale) Hall-Sensoren oder
(Giant)-magnetoresistive Sensoren.
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Ein Verfahren zur Magnetisierung
einer erfindungsgemäßen Messteilung
ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 31 charakterisiert.
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Danach wird der Grundkörper der
Messteilung in einem homogenen äußeren Magnetfeld
magnetisiert. Aufgrund der speziellen Ausgestaltung des magnetischen
Grundkörpers
der erfindungsgemäßen Messteilung
kann hiermit, wie weiter oben bereits beschrieben, erreicht werden,
dass sich die Richtung der Magnetisierung erster Abschnitte des Grundkörpers von
der Richtung der Magnetisierung zweiter Abschnitte des Grundkörpers unterscheidet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Ummagnetisierung der zweiten Abschnitte des Grundkörpers allein
durch den magnetischen Rückfluss
der Magnetisierung der ersten Abschnitte des Grundkörpers erreicht.
Es kann jedoch zusätzlich
vorgesehen sein, den Grundkörper
für die
Herbeiführung
der Ummagnetisierung zu erwärmen
(insbesondere auf eine Temperatur knapp unterhalb der kritischen
Temperatur der zweiten Abschnitte des Grundkörpers) und/oder den Grundkörper einem
weiteren äußeren Magnetfeld
auszusetzen, das im Vergleich zu dem ersten äußeren Magnetfeld entgegengesetzt
gerichtet und schwächer
ist.
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Falls der magnetische Grundkörper durch Spritzgießen hergestellt
wird, dann kann dessen Magnetisierung mittels einer in die Spritzgusseinrichtung
integrierten Vorrichtung zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes
erfolgen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Figuren deutlich werden.
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Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein lineares Positionsmesssystem mit einer in Messrichtung
erstreckten magnetischen Messteilung und einem Sensor zum Abtasten
der Messteilung;
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2 einen
Längsschnitt
durch ein lineares Positionsmesssystem mit einer in Messrichtung
erstreckten magnetischen Messteilung und zwei beidseits der Messteilung
angeordneten Sensoren zum Abtasten der Messteilung;
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3a eine
Draufsicht auf eine magnetische Messteilung für ein Winkelmesssystem;
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3b einen
Schnitt durch die Messteilung aus 3a;
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4a eine
Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer magnetischen Messteilung für ein
Winkelmesssystem;
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4b einen
Schnitt durch die Messteilung aus 4a.
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch ein lineares Positionsmesssystem, das eine in Messrichtung
M längserstreckte
Messteilung sowie einen Sensor 5 zum Abtasten der Messteilung aufweist.
Die Messteilung wird gebildet durch einen Teilungsträger in Form
eines Grundkörpers
G aus einem permanentmagnetisierbaren Material, z. B. PA-gebundenem Strontiumferrit,
welcher derart magnetisiert ist, dass durch Abtasten der Messteilung
bei einer Bewegung des Sensors 5 entlang des Grundkörpers G
in Messrichtung M das Ausmaß der
Bewegung des Sensors 5 relativ zu der Messteilung bzw.
dem Grundkörper
G bestimmbar ist. Ein derartiges Längenmesssystem kann beispielsweise
bei Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, zur Positionsbestimmung
zweier relativ zueinander beweglicher Maschinenteile verwendet werden,
indem die Messteilung einerseits und der Sensor andererseits an
jeweils einem der beiden zueinander bewegbaren Maschinenteile befestigt
wird.
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Der Grundkörper G des in 1 dargestellten Positionsmesssystems
ist als ein einstöckig
geformtes, insbesondere durch Spritzgießen hergestelltes, Bauelement
ausgebildet. Der Grundkörper
G weist in Messrichtung M hintereinander angeordnete erste und zweite Abschnitte 1, 2 auf,
die jeweils in entgegengesetzter Richtung R1, R2 bezüglich einer senkrecht
zur Messebene, insbesondere zur Messrichtung M, verlaufenden Anisotropieachse
A magnetisiert sind. Durch diese abwechselnde Anordnung erster Abschnitte 1 mit
einer ersten Magnetisierungsrichtung R1 und zweiter Abschnitte 2 mit
einer entgegengesetzten Magnetisierungsrichtung R2 besteht an einer
Oberfläche
O1 des Grundkörpers
G in Messrichtung M betrachtet eine abwechselnde Anordnung magnetischer
Nordpole N und magnetischer Südpole S,
die durch den entlang jener Oberfläche O1 in Messrichtung M bewegbaren
Sensor 5 zur Positionsmessung detektierbar sind. Die Nord-
und Südpole können dabei
einerseits zur Bildung einer Inkrementalspur periodisch hintereinander
angeordnet sein, so dass sich durch Abtastung der Messteilung mittels des
Sensors 5 lediglich die Relativposition (Positionsänderung)
von Sensor 5 und Grundkörper
G erfassen lässt.
Andererseits kann durch eine geeignete, unregelmäßige Verteilung der Nord- und
Südpole entlang
der Messrichtung auch ein Code definiert werden, der eine absolute
Positionsbestimmung gestattet.
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Die ersten Abschnitte 1 des
magnetischen Grundkörpers
G weisen jeweils eine erste Dicke D auf, bei der es sich um die
Ausdehnung des Grundkörpers
G senkrecht zur Messrichtung M entlang der magnetischen Anisotropieachse
A handelt. Die zweiten Abschnitte 2 des magnetischen Grundkörpers G, die
jeweils zwischen zwei ersten Abschnitten 1 angeordnet sind,
werden gebildet durch entlang der Anisotropieachse A erstreckte
Durchgangsöffnungen 22, 22', wobei ein
Teil der Durchgangsöffnungen
(22') zusätzlich von
einem Materialbereich 21 des Grundkörpers G mit einer geringeren
Dicke d als der Dicke D der ersten Abschnitte 1 eingefasst
ist.
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Die zweiten Abschnitte 2 des
magnetischen Grundkörpers
G bilden im Vergleich zu den ersten Abschnitten 1 magnetische
Schwächungsbereiche (Schwachstellen),
da bei einer gleichmäßigen Magnetisierung
des Grundkörpers
G mit einem senkrecht zur Messrichtung M (entlang der Anisotropieachse
A) ausgerichteten homogenen, äußeren Magnetfeld
in den ersten Abschnitten 1 des Grundkörpers G eine stärkere Magnetisierung
erzeugt werden kann als in den zweiten Abschnitten 2, die
entweder ausschließlich
aus einer Durchgangsöffnung 22 bestehen
und in diesem Fall gar nicht zur Erzeugung eines permanenten Magnetfeldes
geeignet sind oder aus einer Durchgangsöffnung 22' in Kombination
mit einem Materialbereich 21 geringerer Dicke d bestehen
und daher ein kleine res permanentes Magnetfeld erzeugen als die
ersten Abschnitte 1 des Grundkörpers G. Insbesondere sind
die durch magnetische Schwächungsbereiche
gebildeten zweiten Abschnitte 2 des Grundkörpers mit
einem vergleichsweise schwächeren
Magnetfeld ummagnetisierbar als die ersten Abschnitte 1 des
Grundkörpers
G.
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Wird der in 1 dargestellte Grundkörper G in einem homogenen äußeren Magnetfeld,
dessen Feldlinien senkrecht zur Messrichtung M entlang der Anisotropieachse
A verlaufen, magnetisiert, so wird in den ersten Abschnitten 1 des
Grundkörpers
G ein magnetisches Feld M induziert, dessen Feldlinien ebenfalls
entlang der Anisotropieachse verlaufen. Aufgrund der benachbart
zu den ersten Abschnitten 1 des Grundkörpers G angeordneten magnetischen Schwächungsbereiche
schließen
sich die in den ersten Abschnitten 1 des magnetischen Grundkörpers G erzeugten
Feldlinien nicht über
einen vollständig
außerhalb
des Grundkörpers
verlaufenden Rückfluss, sondern
der entsprechende magnetische Rückfluss verläuft durch
die als Schwächungsbereiche
ausgebildeten zweiten Abschnitte 2 hindurch. Hierdurch weist
die Magnetisierung in diesen zweiten Abschnitten 2 des
Grundkörpers
G eine entgegengesetzte Richtung auf wie in den ersten Abschnitten 1 des Grundkörpers G.
Dies führt
wiederum zu der oben beschriebenen Bildung von Nord- und Südpolen N,
S an der einen Oberfläche
O1 des Grundkörpers
G, die zur Positionsmessung mittels des zugeordneten Sensors S,
z. B. in Form eines Hall-Sensors,
abgetastet werden können.
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Die Besonderheit des in 1 dargestellten Grundkörpers G
einer magnetischen Messteilung liegt darin, dass bei einer Magnetisierung
dieses einstückigen
Grundkörpers
G in einem homogenen äußeren Magnetfeld,
dessen Feldlinien entlang einer einheitlichen Richtung ausgerichtet
sind, in dem Grundkörper
G eine Magnetisierung erzeugt wird, bei der sich Abschnitte mit
einer ersten Magnetisierungsrichtung (die der Richtung des zuvor
angelegten äußeren Magnetfeldes
entspricht) und Abschnitte mit einer zweiten, entgegengesetzten
Magnetisierungsrichtung abwechseln. Dies wird dadurch erreicht, dass
nach dem Abschalten des äußeren Magnetfeldes
bzw. nach der Herausnahme des Grundkörpers aus dem äußeren Magnetfeld
die Magnetisierungsrichtung in den als Schwächungsbereichen ausgebildeten
zweiten Abschnitten des Grundkörpers
durch den magnetischen Rückfluss
der Magnetisierung der ersten Abschnitte bestimmt ist.
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Bei einem durch Spritzgießen hergestellten magnetischen
Grundkörper
G kann die Magnetisierung in einem äußeren Magnetfeld z. B. mittels
einer in der entsprechenden Spritzgussmaschine vorgesehenen Einrichtung
zur Erzeugung eines Magnetfeldes erfolgen.
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Für
eine definierte Leitung des magnetischen Flusses auf der dem Sensor 5 abgewandten Oberfläche O2 des
magnetischen Grundkörpers
G ist dort ein Flussleitblech 3 angeordnet, das vorzugsweise
Eisen und Nickel enthält.
Dieses Flussleitblech kann mit dem Grundkörper G mittels einer epoxydhaltigen
Klebermasse verbunden sein, die gleichzeitig als Füllmasse
zur Füllung
der Ausnehmungen AU des Grundkörpers
G in dessen zweiten Abschnitten 2 dient. Die Füll- bzw.
Klebermasse übernimmt
demnach die Doppelfunktion, einerseits den Grundkörper durch
Füllung
der in dessen zweiten Abschnitten 2 vorgesehenen Ausnehmungen
zu stabilisieren und andererseits ein Flussleitblech 3 mit
dem Grundkörper
G zu verbinden. Für
die letztgenannte Anwendung kann der Grundkörper G außerdem mit speziellen Klebenutzen
versehen sein.
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2 zeigt
in einem Längsschnitt
eine Abwandlung der Anordnung aus 1.
Ein Unterschied zu der Anordnung aus 1 besteht
dabei darin, dass am Grundkörper
G der magnetischen Messteilung keine Flussleitbleche vorgesehen
sind und dass den beiden entlangt der Anisotropieachse A einander gegenüber liegenden
Oberflächen 01,
O2 des Grundkörpers
G jeweils ein Sensor 5, 5' zugeordnet ist, der entlang der
jeweils zugeordneten Oberfläche O1,
O2 in Messrichtung M bewegbar ist. Die Sensoren können zur
Auswertung parallel oder in Reihe geschaltet werden.
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Ein weiterer Unterschied besteht
darin, dass bei dem in 2 dargestellten
Grundkörper
G die als magnetische Schwächungsbereiche
ausgebildeten zweiten Abschnitte 2 jeweils durch Bereiche
geringerer Materialstärke
(Dicke d senkrecht zur Messrichtung M entlang der Anisotropieachse
A) gebildet werden und nicht durch Durchgangsöffnungen, wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1.
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Durch Variation der Geometrie der
die zweiten Abschnitte 2 des Grundkörpers bildenden Schwächungsbereiche 23, 24 kann
dabei der Feldverlauf im Bereich der zur Abtastung des Grundkörpers G
dienenden Sensoren 5, 5' gezielt beeinflusst werden. In 2 sind beispielhaft einerseits
Schwächungsbereiche 23 dargestellt,
deren eine Oberfläche
unmittelbar an die eine Oberfläche
O1 der benachbarten ersten Abschnitte 1 des Grundkörpers G anschließt, und
andererseits solche Schwächungsbereiche 24,
die gegenüber
beiden Oberflächen
O1, O2 des Grundkörpers
G jeweils stufenförmig
abgesetzt sind.
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Auch bei dem in 2 dargestellten Grundkörper G einer
magnetischen Messteilung wird erreicht, dass nach der Magnetisierung
des Grundkörpers
G in einem homogenen äußeren Magnetfeld
(d. h. nach der Entnahme des Grundkörpers G aus diesem Magnetfeld)
die Richtung der Magnetisierung in den durch magnetische Schwächungsbereiche 23, 24 gebildeten
zweiten Abschnitten 2 des Grundkörpers G durch den magnetischen
Rückfluss
der Magnetisierung der dickeren ersten Abschnitte 1 des Grundkörpers G
bestimmt ist. D. h., nach der Entnahme des Grundkörpers G
aus dem seiner Magnetisierung dienenden homogenen äußeren Magnetfeld bzw.
nach dem Abschalten dieses Magnetfeldes springt die Magnetisierung
in den Schwächungsbereichen 23, 24 um
und verläuft
dann entgegengesetzt zu der (durch das homogene äußere Magnetfeld bestimmten)
Magnetisierung der dickeren ersten Abschnitte 1 des Grundkörpers G.
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Wenn die magnetischen Schwächungsbereiche
eine geringere kritische Temperatur (Unordnungstemperatur bzw. Curie-Temperatur
im Fall des Ferromagnetismus) aufweisen als die ersten Abschnitte
des Grundkörpers,
dann kann der Grundkörper
zur Unterstützung
des Ummagnetisierungsprozesses auf eine Temperatur etwas unterhalb
der kritischen Temperatur der Schwächungsbereiche erwärmt werden.
Bei einer solchen Temperatur ist der Magnetismus in den Schwächungsbereichen
besonders labil.
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Außerdem kann der Ummagnetisierungsprozess
durch das Anlegen eines äußeren Magnetfeldes unterstützt werden,
das bezogen auf die Anisotropieachse A des Grundkörpers G
dem zuvor angelegten äußeren homogenen
Magnetfeld entgegengesetzt, jedoch gleichzeitig deutlich schwächer ist.
Dieses zweite äußere Magnetfeld
soll dazu dienen, den Ummagnetisierungsprozess der Schwächungsbereiche des
Grundkörpers
zu unterstützen;
es darf jedoch nicht so groß sein,
dass es zu einer Änderung
der Richtung der Magnetisierung in den ersten Abschnitten des Grundkörpers führte. Hierbei
ist von Bedeutung, dass die Schwächungsbereiche
des Grundkörpers
ein geringeres Koerzitiv-Feld aufweisen als die ersten Abschnitte
des Grundkörpers,
d. h., die zweiten Abschnitte des Grundkörpers (Schwächungsbereiche) lassen sich
mit einem vergleichsweise schwächeren
Magnetfeld ummagnetisieren als die ersten Abschnitte des Grundkörpers.
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Im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
führt die
stegartige Ausbildung der Schwächungsbereiche 23, 24 bei
dem in 2 dargestellten
Grundkörper
einerseits zu einer mechanischen Stabilisierung des Grundkörpers und
andererseits zu einer Verstärkung
und Stabilisierung der lokalen magnetischen Felder in den Schwächungsbereichen.
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Die anhand der 1 und 2 beispielhaft
für Längenmesssysteme
(lineare Positionsmesssysteme) erläuterten magnetischen Messteilungen
lassen sich in entsprechender Weise auch bei Winkelmesssystemen
bzw. Drehgebern anwenden. Beispiele hierfür sind in den 3a und 3b bzw. 4a und 4b dargestellt.
Dabei sind erste magnetische Abschnitte 1 und zweite magnetische
Abschnitte in Form von Schwächungsbereichen
jeweils entlang einer Kreisbahn auf einem scheibenartigen Grundkörper G hintereinander
angeordnet.
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Bei dem in den 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispiel
ist auf einer Kreisbahn eine Mehrzahl magnetischer Schwächungsbereiche 26 hintereinander
angeordnet (und dabei jeweils voneinander beabstandet), die durch
in der Draufsicht kreisförmige
Bereiche 26 geringer Materialstärke entlang der magnetischen
Anisotropieachse A gebildet werden. Hierzu weist der magnetische
Grundkörper
G an den entsprechenden Stellen Ausnehmungen AU auf, die den jeweiligen
Bereich 26 geringerer Materialstärke erzeugen.
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Anstelle bezüglich der magnetischen Anisotropieachse
A rotationssymmetrischer (kreisförmiger) Schwächungsbereiche 26 können auch
andersartig gestaltete Schwächungsbereiche
verwendet werden, z. B. Schwächungsbereiche
in Form von Langlöchern,
die sich jeweils entlang der Messrichtung M erstrecken und entlang
dieser Richtung hintereinander angeordnet sind, mit dazwischen liegenden
ersten Abschnitten 1 des Grundkörpers G.
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Die 3a und 3b zeigen außerdem eine Variante
mit entlang der Messrichtung M auf einer Kreisbahn hintereinander
angeordneten Schwächungsbereichen 27,
die durch langlochartige Ausnehmungen AU mit einer Einschnürung 27a im
mittleren Bereich definiert werden. Die Schwächungsbereiche 27 weisen
demnach in etwa eine Knochenform auf. Die konkrete Knochenform ist
gegenüber
andersartig gestalteten Schwächungsbereichen
mit einer Einschnürung
insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft. Bezogen auf
das Messprinzip könnten
die knochenförmigen
Schwächungsbereiche 27 auch
durch andere, mit einer Einschnürung 27a im
mittleren Bereich versehene Schwächungsbereiche
ersetzt werden, die an ihren Rändern
nicht abgerundet, sondern vielmehr eckig ausgebildet sind.
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Entscheidend ist, dass (aufgrund
der Einschnürungen 27a im – in Messrichtung
M betrachtet – mittleren
Bereich der Schwächungsbereiche 27) ein
besonders steiler Feldgradient an den Übergängen von den ersten Abschnitten 1 des
Grundkörpers G
zu dem jeweils benachbarten Schwächungsbereich 27 des
Grundkörpers
G auftritt. Das von einer derartigen Anordnung erzeugte Magnetfeld
zeichnet sich also durch scharfe Übergänge zwischen den ersten Abschnitten
und den Schwächungsbereichen sowie
durch eine hohe Stabilität
in den Schwächungsbereichen
selbst aus. Denn es besteht eine Konzentration der Flussdichte im
Bereich der Verjüngungen 27a.
Die in der Draufsicht kreisförmigen Schwächungsbereiche 26 führen demgegenüber zu einem
im Wesentlichen sinusförmigen
Verlauf des Magnetfeldes entlang der Messrichtung M.
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Bei dem in den 4a und 4b dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die zwischen den ersten Abschnitten 1 des Grundkörpers G
angeordneten Schwächungsbereiche 28 jeweils
tropfenförmig
ausgebildet, d. h. sie verjüngen
bzw. verbreitern sich entlang der Messrichtung M kontinuierlich
von ihrem einen Ende bis hin zu einem abgerundeten Endabschnitt
ihres anderen Endes, und zwar in einer Ebene, die senkrecht zur
magnetischen Anisotropieachse A liegt. Hierdurch lassen sich definierte,
gleichmäßige Feldgradienten
an den Übergängen zwischen
ersten Abschnitten 1 und Schwächungsbereichen 28 erzeugen,
beispielsweise ein sägezahnartiger
Verlauf der Magnetisierung entlang der Messrichtung M.