DE19607841A1 - Anordnung zur Klassifizierung von Dauermagneten und Verfahren zur Durchführung der Klassifizierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Klassifizierung von Dauermag­ neten nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches und ein Ver­ fahren zur Durchführung der Klassifizierung.

Dauermagnetringe mit axialer oder radialer Magnetisierung werden zum Beispiel zum Bau von radialen oder axialen passiven Magnetlagern ver­ wendet. In der Regel werden dabei mehrere Ringe jeweils zu einem Magnetsystem zusammengesetzt, um die Steifigkeit und die Tragkraft eines Lagers zu vervielfachen.

Zur Durchführung von Gütekontrollen und zur Erreichung optimaler Qualität von Dauermagneten und Magnetsystemen gibt es eine Viel­ zahl von Prüfverfahren, die auf die verschiedenen Qualitätsmerkmale der Magnetsysteme wie z. B. Feldstärke, Inhomogenität oder Winkel­ fehler ausgerichtet sind. Untersuchungen zur Auswirkung von Fehlern bei Dauermagnetringen auf die Funktionen von passiven Magnetlagern zeigen, daß sowohl Winkelfehler als auch Inhomogenitäten zu Kräften im Lager führen, die Schwingungen eines magnetisch gelagerten Ro­ tors zur Folge haben. Bei einem Magnetringpaar führen Winkelfehler zu unerwünschten Drehmomenten auf den Rotor. Imhomogenitäten haben direkte Kraftwirkungen zur Folge. Bei mehreren Magnetring­ paaren ergeben sich zusätzliche Kraftwirkungen durch Winkelfehler, welche durch Wechselwirkungen mit benachbarten Ringen entstehen.

Bei üblichen Abmessungen für magnetische Lagerungen sowie unter Berücksichtigung heute lieferbarer Magnetringqualitäten zeigt sich, daß die letzgenannten Kraftwirkungen den größten Anteil der Kräfte auf den Rotor haben. Inhomogenitäten folgen an zweiter Stelle, und die Einflüs­ se der Drehmomente sind vernachlässigbar. Eine genauere Analyse führt zu dem Ergebnis, daß nicht lokale Defekte, sondern lediglich der sinusförmige Anteil eines Fehlers (sowohl bei Winkelfehlern als auch bei Inhomogenitäten) bei Drehung des Ringes um 360° um die Rota­ tionsachse zu merklichen Kräften im Lager führt.

Zur Qualitätssicherung bei der Herstellung von Magnetringen werden z. Zt. überwachende Maßnahmen mit richtungsempfindlichen Sensoren, z. B. mit Hallsonden, durchgeführt. Diese Sensoren sind nahe der Ober­ fläche positioniert und registrieren lokale Magnetisierungen und deren Abweichungen. Auf Grund dieser Kontrollmessungen werden die Ringe, welche von einer vorher festgesetzten Norm abweichen, aussortiert.

Grundsätzlich hat diese Methode den Nachteil, daß sie nicht die Anfor­ derungen an die Magnetringqualität für die spätere Verwendung berück­ sichtigt. Für den Bau von passiven Magnetlagern sind lokale Fehler der Ringe von untergeordneter Bedeutung, so daß die durchgeführten Mes­ sungen nicht für eine Qualifizierung der Ringe für diesen Anwendungs­ bereich geeignet sind. Die unbekannten Kraftwirkungen auf den Rotor führen zu Schwierigkeiten beim Auswuchten der Rotoren, da sich Un­ wuchten und Magnetkräfte gegenseitig überlagern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messung aller relevanten Magneteigenschaften in einem Arbeitsgang unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen für den Bau passiver Magnetlager durchzu­ führen. Zusätzlich sollen die Ringe gekennzeichnet und für den Bau der passiven Lager vorbereitet werden. Damit soll erreicht werden, daß die Durchführung von Routinemessungen an Dauermagnetringen und der Auswertung einfacher und effektiver als bisher gestaltet werden kann. Schließlich soll dies zu einer wirtschaftlich ausgelegten und zweckent­ sprechenden Fertigung führen, wobei die Anzahl der Ausschußstücke minimiert wird.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patent­ ansprüche 1 und 4 gelöst. Die Ansprüche 2, 3 und 5 stellen weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung dar.

Mit den beiden richtungsempfindlichen Sensoren können gleichzeitig Inhomogenitäten und Winkelfehler gemessen werden. Die Inhomogeni­ täten erhält man aus der gleichzeitigen Veränderung der Sensorsignale, da zum Beispiel eine schwächere Magnetisierung zu einer Abnahme der Signale in beiden Sonden führt. Den Winkelfehler erhält man aus den entgegengesetzten Veränderungen der Sensorsignale, da ein solcher Fehler auf Grund der Orientierung der Sensoren zu einer Zunahme des Signals in der einen und zu einer Abnahme des Signals in der anderen Sonde führt. Der sinusförmige Anteil der Störungen über den Umfang, welcher allein interessiert, wird durch eine Fourier-Transformation er­ halten, bei der nur der Anteil erster Ordnung berücksichtigt wird. Die erhaltenen Werte für die Inhomogenitäten bzw. die Winkelfehler sind direkt ein Maß für die Kraftwirkungen des Ringes im Lager. Die Vorzugs­ richtung eines Winkelfehlers wird bestimmt, und der Ring kann dann an der entsprechenden Stelle mit Hilfe einer Markierungseinrichtung ge­ kennzeichnet werden.

Als richtungsempfindliche Sensoren sind Hallsonden für die hier vor­ liegende Lösung am besten geeignet, da sie eine der Feldstärke direkt proportionale Spannung anzeigen.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung und das Verfahren können die relevanten Parameter eines Magnetringes in einem Arbeitsgang erfaßt werden. Die Beurteilung der Ringe erfolgt entsprechend ihrer Anwendung. Die Verwendung schlechter Magnetringqualitäten kann durch entsprechende Kompensationsmethoden, die sich an der Vor­ zugsrichtung des Winkelfehlers orientieren, beim Bau eines Magnet­ systems, z. B. eines Magnetlagers, ermöglicht werden. Durch eine an­ wendungsbezogene Qualifizierung können z. B. Kräfte in einem Mag­ netlager minimiert werden, wodurch sich ein besseres Auswuchtver­ halten des Rotors ergibt.

An Hand der Abbildung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Erläuterung erfolgt am Beispiel eines axial magnetisierten Dauermag­ netringes.

Ein solcher Dauermagnetring 1 ist auf der Magnetringaufnahme 2 be­ festigt. Diese befindet sich auf einer Welle 3, welche in Kugellagern 4 geführt und durch einen Schriftmotor 5 in Drehung versetzt wird. Der äußeren Magnetringfläche 21 gegenüber sind in einem Abstand die richtungsempfindlichen Sensoren 7 angebracht. Diese sind in je einem Winkel 23 gegenüber der Magnetringebene 22 entgegengesetzt geneigt. Der Abstand der Sensoren von der äußeren Magnetringfläche beträgt beispielsweise ca. 10 mm, und die Winkel, unter denen die Sensoren gegen die Magnetringebene geneigt sind, betragen beispielsweise je 45°.

Durch eine Rechnereinheit 12 wird der Schrittmotor gesteuert, welcher die Welle 3 mit der Magnetringaufnahme 2 und dem Magnetring 1 in Drehung versetzt. Die Signale, welche durch das Feld des Magnet­ rings 1 in den Sensoren 7 während einer Drehung um 360° erzeugt werden, werden bei jedem Schrift des Schrittmotors 5 über die Leitung 9 sowie die Steuereinheit 11 und das Interface 13 der Rechnereinheit 12 zugeführt. Nach Auswertung der Signale durch ein Ansteuerprogramm werden die Ergebnisse über eine Ausgabeeinheit 15 (z:B. Bildschirm oder Drucker) ausgegeben.

Auf Grund dieser Ergebnisse wird der Schrittmotor 5 danach so ange­ steuert, daß die Vorzugsrichtung des Winkelfehlers des Magnetringes 1 in eine definierte Position zu den Sensoren 7 gedreht wird. Mit Hilfe der Markierungseinrichtung 14 (z. B. ein Tintenstrahlmarkierer) wird der Mag­ netring 1 an einer Stelle gekennzeichnet, so daß eine Klassifizierung vorgenommen werden kann. Die Markierungseinrichtung 14 wird vor­ zugsweise über Rechnereinheit 12 gesteuert.

Claims (5)

1. Anordnung zur Klassifizierung von Dauermagneten, insbesondere von axial magnetisierten Dauermagnetringen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dauermagnetringe auf einer drehbaren Anordnung (2, 3), welche durch einen Schrittmotor (5) um 360° gedreht wird, angeord­ net sind und daß in einem radialen Abstand zur äußeren Ringober­ fläche (21) der Dauermagnetringe (1) mindestens zwei richtungsem­ pfindliche Sensoren (7) so angeordnet sind, daß sie gegeneinander geneigt sind und mit der Ringebene (22) jeweils entgegengesetzt den gleichen Winkel (23) bilden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (14) zur Markierung der Magnetringe (1) vorhanden ist, und diese Anordnung über eine Rechnereinheit (12) gesteuert wird, wobei die Rechnereinheit ihre Steuersignale von den richtungsem­ pfindlichen Sensoren (7) erhält.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als richtungsempfindliche Sensoren Hall-Sonden verwendet werden.

4. Verfahren zur Klassifizierung von Dauermagneten, insbesondere von Dauermagnetringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnet­ ringe (1) durch einen Schrittmotor (5) angetrieben, in Drehung ver­ setzt werden und die Signale, welche durch das Feld der Dauermag­ netringe in richtungsempfindlichen Sensoren (7), welche in einem ra­ dialen Abstand zur äußeren Ringoberfläche (21) der Dauermagnetrin­ ge (1) so angebracht sind, daß sie gegeneinander geneigt sind und mit der Ringebene (22) jeweils entgegengesetzte gleichen Winkel (23) erzeugt werden, bei jedem Schritt des Schrittmotors (5) einer Rech­ nereinheit (12) zugeführt werden und nach Auswertung durch ein Steuerprogramm die so ermittelte Vorzugsrichtung des Winkelfehlers des Dauermagneten (1) in eine definierte Position zu den Sensoren (7) durch den Schrittmotor (5) gedreht wird und daß in dieser Position mit einer Markierungseinrichtung (14) der Dauermagnetring (1) ge­ kennzeichnet wird.

5. Verfahren zur Klassifizierung von Dauermagneten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dauermagnetringe, bei denen die Vorzugsrichtung der Winkelfehler gekennzeichnet wurde, so zu einem Magnetsystem zusammengesetzt werden, daß sich die Win­ kelfehler weitgehend gegenseitig aufheben.