DE10258333B4 - Metallpartikelsensor - Google Patents
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Abstract
Metallpartikelsensor mit einem zylindrischen Permanentmagneten (4), welcher in eine Einbettung (3) aus nichtferromagnetischem Material fest eingebettet ist, und einem Hallsensor (5), der vollständig innerhalb der Einbettung (3) angeordnet ist, wobei der Hallsensor (5) zur Messung der Änderung der radialen Komponente (Br) des magnetischen Feldes bei der Anlagerung von ferromagnetischen Partikeln (6) an der Polstirnfläche (2) des Permanentmagneten (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Polstirnfläche (2) des Permanentmagneten (4) gegenüber der Einbettung (3) übersteht und der Hallsensor (5) im polstirnseitigem Drittel einer Gesamtlänge des Permanentmagneten (4) radial benachbart zu dem Permanentmagneten (4) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung bezeichnet einen Metallpartikelsensor, insbesondere einen Eisenpartikelsensor zur Überwachung eines Getriebeöls einer Handwerkzeugmaschine.
- Derartige Eisenpartikelsensoren zur Überwachung eines Getriebeöls einer Handwerkzeugmaschine müssen klein, technologisch einfach und robust sein.
- Nach der
WO 02/46 744 A2 - Nach der
GB 2 029 580 A -
EP 0 116 468 A1 zeigt einen magnetischen Teilchensammler, der magnetisch anziehende Teilchen aus einer Schmierflüssigkeit entfernt. Ein Magnet ist mit einem Pol in einem dünnwandigen Gehäuse angeordnet. Auf einer Stirnseite des Pols ist ein magnetfeldsensitiver Sensor angebracht, welcher eine Anlagerung von magnetischen Teilchen an dem Gehäuse nahe dem Pol erfasst. - Die Aufgabe besteht in der Erhöhung der Messempfindlichkeit eines konstruktiv einfachen Metallpartikelsensors. Ein weiterer Aspekt ist die Verminderung der Temperaturabhängigkeit der Messung.
- Im Wesentlichen weist ein Metallpartikelsensor einen, bis auf eine überstehende Polstirnfläche in eine Einbettung aus nichtferromagnetischem, d. h. diamagnetischem oder paramagnetischem, Material fest eingebetteten, Permanentmagneten und einen nahe de überstehenden Polstirnfläche dem Permanentmagneten radial benachbarten, zumindest teilweise innerhalb der Einbettung angeordneten, Hallsensor zur Messung der Änderung der radialen Komponente des magnetischen Feldes bei der Anlagerung von ferromagnetischen Partikeln an der Polstirnfläche des Permanentmagneten auf, wobei der Hallsensor vollständig innerhalb der Einbettung angeordnet ist.
- Indem der Hallsensor vollständig innerhalb der Einbettung angeordnet ist, wird statt der Messung der Änderung des magnetischen Feldes in einem Radialspalt nunmehr direkt die Änderung des magnetischen Feldes im Innern der Einbettung gemessen, wodurch die Messstelle vor Verunreinigungen geschützt ist.
- Vorteilhaft ist der Hallsensor an einer Messstelle nahe der Mantelfläche des Permanentmagneten angeordnet, aus welcher das magnetische Feld notwendig fast senkrecht austritt, wodurch die radiale Komponente des magnetischen Feldes bei der Messung bevorzugt wird.
- Vorteilhaft ist der Hallsensor direkt an einer Mantelfläche des Permanentmagneten angeordnet, welche weiter vorteilhaft an der Messstelle mit einer formschlüssig passenden Positionierungsaussparung versehenen ist, wodurch dieser bezüglich der Lage zum Permanentmagneten sowie der Orientierung zu einer Magnetisierungsachse des Permanentmagneten definiert vormontierbar und mit diesem gemeinsam einbettbar ist.
- Vorteilhaft ist der Hallsensor im polstirnseitigen Drittel einer Gesamtlänge des Permanentmagneten angeordnet sowie magnetisch sensitiv in der Richtung der Normalen der Messstelle der Mantelfläche orientiert, wodurch die bei der Anlagerung von ferromagnetischen Partikeln an der Polstirnfläche des Permanentmagneten auftretende Änderung des Magnetfeldes optimal erfassbar ist, was numerische Simulationen bestätigen.
- Vorteilhaft ist bezüglich der Körperssymmetrie des Permanentmagneten die Magnetisierungsachse von der Messstelle weg geneigt, wodurch die radiale Komponente des magnetischen Feldes zur Normalen der Mantelfläche an der Messstelle mit der zur Polstirnfläche orientierten Magnetisierungsachse einen stumpfen Winkel ausbildet, weiter vorteilhaft im Bereich von 94° bis 105°, optimal 98°, wodurch ohne Anlagerung von ferromagnetischen Partikeln die radiale Komponente des magnetischen Feldes an der Messstelle nahezu Null ist und somit bei der Anlagerung ferromagnetischen Materials eine maximale Änderung des magnetischen Feldes messbar ist, was numerische Simulationen bestätigen.
- Vorteilhaft ist der vollständig innerhalb der Einbettung angeordnete Hallsensor begrenzt längsversetzbar mit einem, längs des Permanentmagneten in die Einbettung auskragenden, Längenausgleich verbunden, welcher einbettungsseitig fest im nichtferromagnetischen Material eingebettet ist, wodurch vermittelt über die verschiedenen Längenausdehnungskoeffizienten des Permanentmagneten und des nichtferromagnetischen Materials bei einer Temperaturänderung die Position des Hallsensors bezüglich des Permanentmagneten definiert versetzbar ist und somit eine Temperaturabhängigkeit des magnetischen Feldes kompensiert.
- Vorteilhaft ist der Längenausgleich durch die in die Einbettung mit mindestens der halben Gesamtlänge des Permanentmagneten auskragenden Anschlussbeine, welche weiter vorteilhaft aus einer Kupferlegierung bestehen, des Hallsensors ausgebildet, wodurch dieser technologisch einfach realisierbar ist.
- Vorteilhaft ist der Permanentmagnet, der Hallsensor und die Einbettung innerhalb einer Montagehülse angeordnet, welche weiter vorteilhaft aus nichtferromagnetischem Material, vorzugsweise Messing, besteht und als Hohlzylinderschraube ausgebildet ist, wodurch der Metallpartikelsensor als Ganzes einfach montierbar ist.
- Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
-
1 als Metallpartikelsensor -
2 als numerische Simulation -
3 als Variante der numerischen Simulation - Nach
1 weist ein Metallpartikelsensor1 einen, bis auf eine überstehende Polstirnfläche2 in eine Einbettung3 aus diamagnetischen Material in Form von Epoxidharz fest eingebetteten, Permanentmagneten4 und einen nahe der überstehenden Polstirnfläche2 dem Permanentmagneten4 radial benachbarten Hallsensor5 auf. Dieser misst die Änderung der radialen Komponente Br des magnetischen Feldes bei der Anlagerung von ferromagnetischen Partikeln6 an der Polstirnfläche2 des Permanentmagneten4 . Der vollständig von der Einbettung3 umfasste Hallsensor5 ist im polstirnseitigen Drittel einer Gesamtlänge L des Permanentmagneten4 direkt an einer Mantelfläche7 des Permanentmagneten4 angeordnet sowie magnetisch sensitiv in der Richtung der Normalen der Mantelfläche7 an einer Messstelle8 orientiert, an welcher eine formschlüssig passende Positionierungsaussparung9 vorhanden ist. Bezüglich der Körperssymmetrie des zylinderförmigen Permanentmagneten4 ist die Magnetisierungsachse10 von der Messstelle8 weg geneigt, indem die radiale Komponente Br des magnetischen Feldes zur Normalen der Mantelfläche7 an der Messstelle8 mit der zur Polstirnfläche2 orientierten Magnetisierungsachse10 einen stumpfen Winkel α von 98° ausbildet. Der Hallsensor5 ist begrenzt längsversetzbar mit einem längs des Permanentmagneten4 einbettungsseitig auskragenden Längenausgleich11 in Form seiner Anschlussbeine mit ca. 80% der Gesamtlänge L des Permanentmagneten4 verbunden, welche einbettungsseitig fest mit der Einbettung3 verbunden sind. Der Permanentmagnet4 , der Hallsensor5 und die Einbettung3 sind innerhalb einer Montagehülse12 aus Messing angeordnet, welche als Hohlzylinderschraube ausgebildet ist. - Nach der in
2 dargestellten numerischen FEM-Simulation eines zylinderförmigen Permanentmagneten4 erzeugt eine Anlagerung von ferromagnetischen Partikeln6 an der Polstirnfläche2 eine Änderung Δ der radialen Komponente Br des magnetischen Feldes, welche im polstirnseitigen Drittel der Gesamtlänge L des Permanentmagneten4 maximal ist. - Nach der in
3 dargestellten numerischen FEM-Simulation eines zylinderförmigen Permanentmagneten4 mit einem Winkel α von 98° zwischen der Magnetisierungsachse10 zur Normalen der Mantelfläche7 ist die radiale Komponente Br des magnetischen Feldes an der Messstelle8 im polstirnseitigen Drittel einer Gesamtlänge L des Permanentmagneten4 nahezu Null.
Claims (8)
- Metallpartikelsensor mit einem zylindrischen Permanentmagneten (
4 ), welcher in eine Einbettung (3 ) aus nichtferromagnetischem Material fest eingebettet ist, und einem Hallsensor (5 ), der vollständig innerhalb der Einbettung (3 ) angeordnet ist, wobei der Hallsensor (5 ) zur Messung der Änderung der radialen Komponente (Br) des magnetischen Feldes bei der Anlagerung von ferromagnetischen Partikeln (6 ) an der Polstirnfläche (2 ) des Permanentmagneten (4 ) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Polstirnfläche (2 ) des Permanentmagneten (4 ) gegenüber der Einbettung (3 ) übersteht und der Hallsensor (5 ) im polstirnseitigem Drittel einer Gesamtlänge des Permanentmagneten (4 ) radial benachbart zu dem Permanentmagneten (4 ) angeordnet ist. - Metallpartikelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (
5 ) an einer Messstelle (8 ) direkt an der Mantelfläche (7 ) des Permanentmagneten (4 ) angeordnet ist. - Metallpartikelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (
5 ) direkt an der Mantelfläche (7 ) des Permanentmagneten (4 ) angeordnet ist, welche an einer Messstelle (8 ) mit einer formschlüssig passenden Positionierungsaussparung (9 ) versehen ist. - Metallpartikelsensor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (
5 ) magnetisch sensitiv in der Richtung der Normalen der Mantelfläche (7 ) an der Messstelle (8 ) orientiert ist. - Metallpartikelsensor nach einem der vorherigen Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich der Körperssymmetrie des Permanentmagneten (
4 ) die Magnetisierungsachse (10 ) von der Messstelle (8 ) weg geneigt ist, indem die radiale Komponente (Br) des magnetischen Feldes zur Normalen der Mantelfläche (7 ) an der Messstelle (8 ) mit der zur Polstirnfläche (2 ) orientierten Magnetisierungsachse (10 ) einen stumpfen Winkel (α) ausbildet, optional im Bereich von 94° bis 105°, weiter optional 98°. - Metallpartikelsensor nach einem der vorherigen Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vollständig innerhalb der Einbettung (
3 ) angeordnete Hallsensor (5 ) begrenzt längsversetzbar mit einem, längs des Permanentmagneten (4 ) in die Einbettung (3 ) auskragenden, Längenausgleich (11 ) verbunden ist, welcher einbettungsseitig fest in der Einbettung (3 ) fixiert ist. - Metallpartikelsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenausgleich (
11 ) durch die mit mindestens der halben Gesamtlänge (L) des Permanentmagneten (5 ) in die Einbettung (3 ) auskragenden Anschlussbeine des Hallsensors (5 ) ausgebildet ist. - Metallpartikelsensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (
4 ), der Hallsensor (5 ) und die Einbettung (3 ) innerhalb einer Montagehülse (12 ) angeordnet sind, welche optional aus nichtferromagnetischem Material besteht und als Hohlzylinderschraube ausgebildet ist.
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EP0116468A1 (de) * | 1983-02-10 | 1984-08-22 | Tecalemit Electronics Limited | Magnetischer Teilchensammler |
WO2002046744A2 (de) * | 2000-12-05 | 2002-06-13 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren und einrichtung zur maschinendiagnose und insbesondere zur getriebediagnose |
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