DE10360613B4

DE10360613B4 - Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Multipolencoders

Info

Publication number: DE10360613B4
Application number: DE10360613A
Authority: DE
Inventors: Heinz Mutterer; Erdal Dipl.-Ing. Kaya
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2023-12-20
Also published as: JP2005181307A; US20050145302A1; FR2864330B1; DE10360613A1; MXPA04012690A; CA2490929A1; FR2864330A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Multipolencoders mit einem Träger und wenigstens einer Spur aus einem magnetisierbaren Material, bei welchem die Spur aus magnetisierbarem Material durch Einwirkung eines von außen angelegten Magnetfeldes mit einer streifenförmigen Magnetisierung mit abwechselnder Polung versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspur in einem ersten Schritt mit einer einheitlichen Polarität vormagnetisiert wird und in einem zweiten Schritt die vormagnetisierte Spur in streifenförmigen Bereichen in die entgegengesetzte Polung ummagnetisiert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Multipolencoders mit einem Träger und wenigstens einer Spur aus einem magnetisierbaren Material, bei welchem die Spur aus magnetisierbarem Material durch Einwirkung eines von außen angelegten Magnetfeldes mit einer streifenförmigen Magnetisierung mit abwechselnder Polung versehen wird.

Magnetische Messvorrichtungen mit Streifanmagnetisierung sind allgemein bekannt. So wird beispielsweise in der DE 20121583 eine Längenmessvorrichtung mit einer magnetischen Längencodierung mit Streifenmagnetisierung beschrieben. Die bekannte Längenmessvorrichtung weist eine zusätzliche magnetische Spur zur Markierung der Endposition der magnetisierten Längencodierung auf.

Weiterhin ist es bekannt, zur Erfassung der Drehzahl oder der Winkellage rotierender Maschinenteile sogenannte Multipolencoder einzusetzen, so zum Beispiel zur Ermittelung der jeweils aktuellen Winkellage der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine oder zur Erfassung der Rotationsgeschwindigkeit bei Antiblockier-Radbremssystemen.

Solche Multipolencoder umfassen in der Regel einen im wesentlichen kreisringförmigen Trägerkörper, beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, der wenigstens an seinem äußeren Umfangsrand mit wenigstens einer magnetischen Spur versehen ist. Die magnetische Spur kann beispielsweise aus einem thermoplastischen, mit magnetisiertem Ferrit durchsetztem Material bestehen.

In die magnetische Spur ist eine streifenförmige Magnetisierung eingeprägt, bei der sich Nord- und Südpole mit kleinen Teilungsabständen abwechseln. Zur Messung der Winkellage weist der Encoder in der Regel eine sogenannte singuläre Stelle, beispielsweise in Form eines verbreiterten Pols oder einer sonstigen von der Streifenmagnetisierung abweichenden Polanordnung, in seiner Streifenmagnetisierung auf, die als Referenzstelle für die Winkellagenbestimmung dient.

Zur Winkellage- oder Drehzahlmessung einer Welle oder Achse wird der magnetische Encoder üblicherweise auf dieser Welle oder Achse befestigt. Es sind aber auch Anwendungen bekannt, bei welchen der Encoder an einem Gehäuse befestigt ist, das um eine feststehende Welle oder Achse rotiert. Bei Rotation der Welle oder Achse bzw. des Gehäuses entsteht somit ein sich in Abhängigkeit von den Teilungsabständen der Magnetpole periodisch veränderndes Magnetfeld, das mittels eines magnetischen Sensors, erfasst werden kann. Der Sensor, beispielsweise ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor, auch MR- oder GMR(= Giant-MR)-Sensor genannt, wandelt das sich zeitlich verändernde Magnetfeld in ein periodisches elektrisches Signal um, das, wie bereits oben beschrieben, zur Motorsteuerung eingesetzt werden kann.

Die Magnetisierung der Magnetspur erfolgt durch Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes auf das magnetisierbare Material. Die Magnetisierung kann dabei sowohl statisch als auch dynamisch erfolgen. Bei der statischen Vorgehensweise wird ein Magnetisierungswerkzeug, das beispielsweise aus einem Träger mit in die Oberfläche eingelassenen Stromleitern, welche bei Beaufschlagung mit Stromimpulsen Magnetfelder erzeugen, bestehen kann, gegenüber der zu magnetisierenden Spur angeordnet. Das Magnetiserungswerkzeug weist hierbei eine Polzahl und -anordnung auf, die der einzuprägenden entspricht. Die Magnetisierung der Magnetspur erfolgt durch Einwirken der Magnetfelder des Magnetsierungswerkzeugs auf das magnetische Material in der Spur. Nord- und Südpole werden gleichzeitig eingeprägt. Bei der dynamischen Verfahrensvarianten wird die Magnetspur an einem magnetisierenden Magnetkopf, der ein der gewünschten Polzahl und -anordnung entsprechend veränderliches Magnetfeld erzeugt, vorbeigeführt. Bei diesem Verfahren werden die Magnetpole sukzessive nacheinander in die Magnetspur eingeprägt. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass sich benachbarte Pole gegensätzlicher Magnetisierung beim Aufprägen der Magnetisierung gegenseitig beeinflussen und so die Geometrie der Polanordnung verändern können. Insbesondere beim Schließen einer auf einer kreisringförmigen Spur aufgeprägten Streifenmagnetisierierung tritt in der Regel das Problem auf, dass der zuletzt aufmagnetisierte Pol den am Anfang als ersten magnetisierten Pol so beeinflusst, dass die Genauigkeit des Signals an dieser Stelle verschlechtert wird. Es sind daher aufwendige Simulations- und Optimierungsschritte notwendig, um die erforderliche Genauigkeit bei der Polteilung zu erreichen.

Aus der FR 1139342 ist ein Verfahren zur Magnetisierung eines Permanentmagneten bekannt, bei welchem der Permanentmagnet in einem ersten Schritt bis zu seiner Sättigung magnetisiert und dann in einem weiteren Schritt wieder entmagnetisiert wird. Nach Einbau des entmagnetisierten Permanentmagneten in die dafür vorgesehene Vorrichtung erfolgt die erneute Magnetisierung bis zur Sättigung. Auf Grund der Vorbehandlung ist hierfür jedoch ein wesentlich geringeres Magnetfeld erforderlich als bei der Erstmagnetisierung. Die Magnetisierung kann daher ohne weiteres in der Einbausituation erfolgen. Mit dem aus der FR 1139342 bekannten Verfahren sollen die Schwierigkeiten überwunden werden, die dann auftreten können, wenn ein vollständig magnetisierter Permanentmagnet in eine Vorrichtung eingebaut bzw. ein noch nicht magnetisierter Permanentmagnet in der Einbausituation erstmals magnetisiert werden soll.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Multipolencoders bereitzustellen, das einfach und kostengünstig durchführbar ist und magnetische Streifenmuster von höchster Genauigkeit liefert.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Multipolencoders mit einem Träger und wenigstens einer Spur aus einem magnetisierbaren Material, bei welchem die Spur aus magnetisierbarem Material durch Einwirkung eines von außen angelegten Magnetfeldes mit einer streifenförmigen Magnetisierung mit abwechselnder Polung versehen wird, die Magnetspur in einem ersten Schritt mit einer einheitlichen Polarität vormagnetisiert wird und in einem zweiten Schritt die vormagnetisierte Spur in streifenförmigen Bereichen in die entgegengesetzte Polung ummagnetisiert. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass das bei den bekannten Verfahren auftretende Problem der gegenseitigen Beeinflussung benachbarter Pole bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auftritt. Die Ummagnetisierung der Streifen lässt sich mit höchster Genauigkeit durchführen. Offensichtlich ist das gesamte System durch die durch die einheitliche Polung erzeugten symmetrischen Verhältnisse so stabil, dass eine gegenseitige Beeinflussung der Polung weitestgehend vermieden wird. Ein hieraus resultierender besonderer Vorteil ist der Wegfall des oben erwähnten Schließproblems.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert:
Es zeigen:
1: in schematischer Darstellung die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bei statischer Durchführung zur Herstellung eines symmetrischen Streifenmusters;
2: in schematischer Darstellung die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dynamischer Durchführung zur Herstellung eines symmetrischen Streifenmusters;
3: in schematischer Darstellung die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dynamischer Durchführung zur Herstellung eines asymmetrischen Streifenmusters;
Man erkennt in 1 eine ohne Beschränkung der Allgemeinheit linear ausgerichtete Magnetspur eines Multipolencoders, die gemäß der Erfindung in einem ersten Verfahrensschritt a) an der Oberfläche über die gesamte Länge mit einer einheitlichen Polung, hier Nordpol, vormagnetisiert worden ist. Der Trägerkörper ist zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Ebenso wird an dieser Stelle wie auch im folgenden auf die Herstellung des Trägerkörpers und das Aufbringen der Magnetspur auf den Trägerkörper wie auch mögliche Materialien für den Trägerkörper und die Magnetspur nicht eingegangen. Diese Verfahren und Materialien sind Stand der Technik und in der Patentliteratur vielfach beschrieben. Die Vormagnetisierung kann bei dem hier und auch bei den nachfolgend beschriebenen Verfahren im einfachsten Fall mittels eines Permanentmagneten erfolgen, der gegenüber der zu magnetisierenden Spur angeordnet bzw. an der Spur entlanggeführt wird. In einem nächsten Verfahrensschritt b) werden in diesen den gesamten Streifen überdeckenden großen Pol mittels eines gegenüber von der Magnetspur angeordneten Magnetisierungswerkzeugs die entgegengesetzten Pole so übermagnetisiert, dass eine Streifenmagnetisierung mit entgegengesetzter Polung entsteht. Da durch die Vormagnetisierung jeder zweite Pol bereits vorhanden ist, benötigt ein statisches Magnetisierungswerkzeug nur die halbe Polzahl, um das Gegenfeld auf die vormagnetisierte Encoderspur aufzumagnetisieren. Dies führt zu einem wesentlich einfacheren Werkzeug, da die Polabstände durch die halbe Polzahl doppelt so groß werden. Die fertige Encodermagnetspur mit einer symmetrischen Streifenmagnetisierung mit abwechselnder Polung zeigt 1c.
Bei dem in 2 dargestellten Magnetisierungsverfahren folgt auf die bereits oben beschriebene Vormagnetisierung a) die Übermagnetisierung b) der entgegengesetzten Pole mittels eines dynamischen Verfahrens. Hierbei wird die zu magnetisierende Spur nach der Magnetisierung eines jeden Pols jeweils um die Breite des bereits existierenden Pols weiterbewegt, wodurch die Anlage auch in diesem Fall nur die halbe Polzahl aufbringen muss. Dies führt auch zu kürzeren Bearbeitungszeiten bei der dynamischen Magnetisierung, zum Beispiel auch dadurch, dass sich die Magnetköpfe nicht so stark erwärmen. Ergebnis des Magnetisierungsprozesses ist auch hier eine mit einer Streifenmagnetisierung mit abwechselnder Polung versehene Encodermagnetspur, wie unter c) dargestellt.
Der Vollständigkeit halber zeigt 3 die Anwendung eines dynamischen Verfahrens analog zu dem unter 2 beschriebenen Verfahren, bei welchem, wie unter c) zu sehen ist, eine Asymmetrie in Form einer singulären Stelle in der Streifenmagnetisierung erzeugt wird. Die singuläre Stelle wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit durch einen um zwei Streifen verbreiterten Nordpol gebildet. Andere geometrische Anordnungen zur Erzeugung einer singulären Stelle sind ohne weiteres möglich. Ebenfalls möglich ist die Erzeugung einer Streifenmagnetisierung mit einer singulären Stelle mittels des oben beschriebenen statischen Verfahrens, wobei lediglich das Magnetisierungswerkzeug entsprechend ausgelegt sein muss. Die singuläre Stelle kann beispielsweise als Referenzstelle zur Winkellagenmessung herangezogen werden.
Auch wenn das erfindungsgemäße Verfahren oben im wesentlichen im Hinblick auf Anwendungen im Automobilbereich beschrieben ist, so liegt es auf der Hand, dass es zur Herstellung von magnetische Encodern in beliebigen Anwendungsgebieten, zum Beispiel auch in der Unterhaltungselektronik, eingesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die Automobilanwendungen eines Encoders beschränkt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Multipolencoders mit einem Träger und wenigstens einer Spur aus einem magnetisierbaren Material, bei welchem die Spur aus magnetisierbarem Material durch Einwirkung eines von außen angelegten Magnetfeldes mit einer streifenförmigen Magnetisierung mit abwechselnder Polung versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspur in einem ersten Schritt mit einer einheitlichen Polarität vormagnetisiert wird und in einem zweiten Schritt die vormagnetisierte Spur in streifenförmigen Bereichen in die entgegengesetzte Polung ummagnetisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung statisch mittels eines gegenüber der zu magnetisierenden Spur angeordneten Magnetisierungswerkzeugs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung dynamisch mittels eines Magnetisierungskopfs erfolgt, wobei Magnetspur und Magnetisierungskopf relativ zueinander bewegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormagnetiseirung mittels eines Permanentmagneten durchgeführt wird.