DE2933337A1 - Pulse generator with two-layer ferromagnetic wire - having specified composition with change in magnetisation producing electric pulses - Google Patents
Pulse generator with two-layer ferromagnetic wire - having specified composition with change in magnetisation producing electric pulsesInfo
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Abstract
Description
Geber zur Erzeugung von elektrischen Impulsen durchEncoder for generating electrical pulses through
Sprünge in der magnetischen Polarisation sowie Verfahren zur Herstellung desselben Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem ferromagnetischen Draht nach der Gattung des Hauptanspruchs. An ferromagnetischem Material, also z.B. auch an Drähten kann durch Anlegen von äußeren magnetischen Feldern wechselnder Stärke und Richtung eine technische Magnetisierungskurve bestimmt werden.Jumps in magnetic polarization and methods of manufacture the same prior art. The invention is based on a ferromagnetic wire according to the genre of the main claim. On ferromagnetic material, e.g. also on wires can be achieved by applying external magnetic fields of varying strengths and direction of a technical magnetization curve can be determined.
Die magnetische Polarisation ändert sich dabei durch Verschiebung der Wände zwischen einheitlich magnetisierten Bereichen ("Weissche Bezirke) und durch Drehung der Magnetisierung in Richtung des angelegten Feldes. Im Bereich der Wandverschiebungen gibt es sowohl reversible als auch irreversible, spontan ablaufende Vorgänge, die zu kleinen, meist nicht im Bild der Hystereseschleife sichtbaren Sprüngen führen (Barkhausen-Sprünge).The magnetic polarization changes as a result of displacement of the walls between uniformly magnetized areas ("Weissche districts") and by rotating the magnetization in the direction of the applied field. In the field of There are wall shifts both reversible and irreversible, spontaneously occurring Processes that are too small, mostly not visible in the image of the hysteresis loop lead (Barkhausen jumps).
Bereits in den frühen Dreißiger Jahren konnte gezeigt werden, daß bei Drähten aus einer Eisen-Nickel-Legierung die Form der Magnetisierungskurve durch Anlegen einer Zugspannung verändert werden kann. Die Zugsspannung erzeugt dabei über die magnetoelastische Wechselwirkung eine Vorzugsrichtung entlang der Drahtachse. NachAufmagnetisieren in eier Richtung bleibt fast das ganze Drahtvolmen als ein einheitlich magnetisierter Bereich zurück. Bei Anlegen von Gegenfeldern laufen deshalb irreversible Vorgänge über größere Drahtvoluminaab. In der Entmagnetisierungskurve sind sie als große Barkhausen-Sprünge zu sehen.Already in the early thirties it could be shown that the shape of the magnetization curve for wires made of an iron-nickel alloy Applying tension can be changed. The tensile stress is generated in the process A preferred direction via the magnetoelastic interaction along the wire axis. After magnetizing in either direction, almost the entire volume of wire remains as a uniformly magnetized area. When creating opposing fields therefore irreversible processes take place over larger wire volumes. In the demagnetization curve they can be seen as big Barkhausen jumps.
Bei genügend hoher Zugspannung entsteht so eine rechteckähnliche Hystereseschleife. Die Abhängigkeit der Form der Hysteresekurve von der Größe der an den Draht angelegten Zugspannung ist in den Figuren 1a bis 1d dargestellt, wobei die Zugspannung von 0 bis 25,8 N/mm² zunimmt. In einer um den Draht gewickelten Aufnahmespule wird dann bei jedem Durchlaufen der geschlossenen Hysteresekurve ein positives und ein negatives schmales und hohes elektrisches Signal induziert. Seine Höhe kann mehrere Volt betragen und ist abhängig von Zugspannung, Drahtmaterial, Windungszahl der Spule und angeschlossenem Verbraucherwiderstand. Dieses Verhalten zeigen nun nicht nur die weichmagnetischen Eisen-Nickel-Legierungen, bekannt unter dem Namen 1?Permalloy??, sondern auch z.B. die magnetisch halbharten Legierungen aus Kobalt, Eisen und Vanadium, bekannt unter der Bezeichnung "Vicalloy".If the tensile stress is high enough, a hysteresis loop similar to a rectangle is created. The dependence of the shape of the hysteresis curve on the size of the applied to the wire Tensile stress is shown in Figures 1a to 1d, the tensile stress of 0 to 25.8 N / mm² increases. Then, in a take-up spool wound around the wire each time the closed hysteresis curve is run through, one positive and one negative induces narrow and high electrical signal. Its height can be several volts and depends on the tension, wire material, number of turns of the coil and connected Consumer resistance. This behavior is not only shown by the soft magnetic ones Iron-nickel alloys, known under the name 1? Permalloy ??, but also e.g. the magnetic semi-hard alloys of cobalt, iron and vanadium, known as called "Vicalloy".
Es ist bereits, z.B. aus den US-Patentschriften 3 820 090, 3 892 118 und 3 818 465 bekannt, durch Dehn- und Drillbehandlungen von homogenen Vicalloy-Drähten verschiedene Schichten zu erzeugen, die ein unterschiedliches magnetisches Verhalten aufweisen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig, kann nur an Drahtstücken von höchstens 30 cm Länge durchgeführt werden und ergibt darüber hinaus induzierte elektrische Signale mit starken statistischen Schwankungen.It is already known, for example from U.S. Patents 3,820,090, 3,892,118 and 3,818,465 known from stretching and twisting treatments of homogeneous Vicalloy wires to produce different layers, which have a different magnetic behavior exhibit. However, this process is very complex and can only be done on pieces of wire of a maximum length of 30 cm and, in addition, results in induced electrical signals with strong statistical fluctuations.
- Es ist weiterhin ein Geber-Element vorgeschlagen worden (deutsche Patentanmeldung P 28 06 249.9), bei dem durch besondere Verbindungstechniken ein Draht ständig unter einer äußeren Spannung gehalten wird. Dies ist aufwendig und enthält die Gefahr der Entspannung sowohl durch Kriechvorgänge im Material als auch durch Nachgeben der die Spannung aufrechterhaltenden Verbindung, z.B. Durchbrechen einer Klebeverbindung bei mechanischer Wechselbelastung.- A donor element has also been proposed (German Patent application P 28 06 249.9), in which a special connection technology Wire is constantly held under an external tension. This is expensive and contains the risk of relaxation due to creep processes in the material as well by giving in to the tension maintaining connection, E.g. breaking of an adhesive connection under alternating mechanical loads.
Darüber hinaus kann die Spule bei diesem Vorschlag nur um das umhüllende Röhrchen und nicht direkt auf den Draht gewickelt werden, was eine schlechtere Erfassung der Flußdichteänderung bedeutet.In addition, the coil can only be around the envelope in this proposal Tubes rather than being wound directly onto the wire, which results in poorer detection the change in flux density means.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße ferromagnetische Draht mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er sich für eine Fertigung von langen Drahtstücken bzw. von großen Stückzahlen kleiner Drahtstücke eignet; daß er eine einfache Handhabung des fertigen Materials ermöglicht; daß er sich für die Erzeugung von induzierten elektrischen Signalen eignet, die hoch und schmal sind; daß positive und negative große Signale erhalten werden, und zwar auch bei symmetrischer Ummagnetisierung an Drähten bis zu einer Länge von minimal 10 mm; und daß schließlich elektrische Signale erhalten werden, deren Höhe reproduzierbar ist, die also keine merklichen statistischen Schwankungen aufweisen, so daß für diese hohe Mindestwerte garantiert werden können.Advantages of the Invention The ferromagnetic wire according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over this that he is for a production of long pieces of wire or of large numbers small pieces of wire are suitable; that he easy handling of the finished material enables; that he is for the generation of induced electrical signals suitable that are tall and narrow; that positive and negative receive large signals even with symmetrical reversal of magnetization on wires up to one Length of at least 10 mm; and that finally electrical signals are obtained, whose level is reproducible, so there are no noticeable statistical fluctuations have, so that high minimum values can be guaranteed for them.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen ferromagnetischen Drahtes möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die magnetisch aktive Schicht aus einer Eisen-Kobalt-Vanadium-Legierung herzustellen. Im Gegensatz zu Eisen-Nickel-Legierungen weisen diese eine höhere Koerzitivfeldstärke und damit eine geringere Störempfindlichkeit gegen Ummagnetisierung durch Fremdfelder auf. - Es werden darüber hinaus Verfahren angegeben, mit denen die erfindungsgemäßen ferromagnetischen Drähte in besonders vorteilhafter Weise hergestellt werden können.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the ferromagnetic specified in the main claim Wire possible. It is particularly advantageous to have the magnetically active layer an iron-cobalt-vanadium alloy. In contrast to iron-nickel alloys these have a higher coercive field strength and thus a lower susceptibility to interference against magnetic reversal due to external fields. - There will also be proceedings indicated with which the ferromagnetic wires according to the invention in particular can be produced advantageously.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die oben bereits erwähnten Figuren 1a bis 1d Hystereseschleifen von Permalloy bei zunehmender Zugspannung, wobei diese von 0 bis 25,8 N/mm² variiert wurde. Die Figuren 2 und 3 zeigen Längs- (a) und Querschnitte (b) des erfindungsgemäßen Drahtes in verschiedenen Verfahrensstadien, Fig. 4 einen mit einer Aufnahmespule zur Messung der induzierten Spannungsimpulse umwickelten erfindungsgemäßen Draht und Fig. 5 schließlich eine Spannungs-Dehnungs-Kurve von Kern und Schale zur Erläuterung des sich bei der Herstellung des erfindungsgemäßen ferromagnetischen Drahtes abspielenden Mechanismus.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It show the FIGS. 1a to 1d already mentioned above, hysteresis loops of permalloy with increasing Tensile stress, varying from 0 to 25.8 N / mm². Figures 2 and 3 show longitudinal (a) and cross-sections (b) of the wire according to the invention in different ways Process stages, FIG. 4 shows one with a pick-up coil for measuring the induced Voltage pulses wrapped around wire according to the invention and FIG. 5 finally one Stress-strain curve of core and shell to explain the process during manufacture of the ferromagnetic wire playing mechanism according to the invention.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Um einen Bereich eines Drahtes unter Längsspannungen zu setzen und damit die gewünschten Eigenschaften in diesem Bereich zu erreichen, muß ein anderer Teil des Drahtes mit entgegengesetztem Spannungszustand als Stütze wirken.Description of the embodiment around a section of a wire to put under longitudinal tension and thus the desired properties in this To reach the area, another part of the wire must be of the opposite tension condition act as a support.
Nach außen hin heben sich die Spannungen dann wieder auf.Outwardly, the tensions are then lifted again.
Ein solcher Draht aus mehreren Schichten mit Teilen verschiedener mechanischer Eigenschaften und Spannungszustände kann dann in beliebigen Längen abgeschnitten werden und liefert in um den Draht gewickelten Spulen bei Ummagnetisierung elektrische Signale, die auch bei verschwindend kleiner Feldänderungsgeschwindigkeit noch eine gewisse Größe behalten. Dies rührt daher, aaß spontan auftretende Barkhausen-Sprünge nicht von der Feldänderungsgeschwindigkeit abhängen.Such a wire made of several layers with parts of different mechanical properties and stress states can then be of any length are cut off and delivers in coils wound around the wire when magnetization is reversed electrical signals that even with a negligibly small field change rate still retain a certain size. This is due to the spontaneous occurrence of Barkhausen jumps do not depend on the rate of field change.
Bei einem Draht ist es vom fertigungstechnischen Standpunkt aus gesehen besonders vorteilhaft, einen zylinderförmigen Kern und eine hohlzylinderförmige Schale zu unterscheiden. Haben diese beiden Bereiche unterschiedliche Streckgrenzen, die durch das Ende des elastischen Bereiches mit Gültigkeit des Xookeschen Gesetzes charakterisiert sind, so kann mit einer entsprechend gewählten Zugspannung erreicht werden, daß der eine Bereich nur elastisch oder nur schwach plastisch, der andere Bereich hingegen stark plastisch verformt wird. Dies hat zur Folge, daß nach Wegnahme der größeren Zugspannung die elastische Rückfederung eintritt, die jedoch wiederum verschieden ist für die beiden Bereiche. Sie verspannen sich demzufolge gegeneinander. Im einen Teil bleibt eine Zug-, im anderen eine Druckspannung übrig, die sich je nach dem Anteil der Querschnittsflächen einstellen. Der Teil des Drahtes, der unter Zugspannung verbleibt, bildet das magnetisch aktive Element zur Impulserzeugung im dem mit Hilfe des Drahtes hergestellten Geber.In the case of a wire, it is seen from a manufacturing point of view particularly advantageous, a cylindrical core and a hollow cylindrical core Distinguish shell. These two areas have different Yield strengths that result from the end of the elastic range with Xoookean validity Law are characterized, so can with an appropriately chosen tensile stress can be achieved that one area is only elastic or only slightly plastic, the other area, however, is strongly plastically deformed. This has the consequence that after the greater tensile stress has been removed, the elastic springback occurs however, it is again different for the two areas. As a result, you tense up against each other. Tensile stress remains in one part, compressive stress in the other, which adjust depending on the proportion of the cross-sectional areas. The part of the wire which remains under tensile stress, forms the magnetically active element for generating pulses in the encoder made with the help of the wire.
Als magnetisch aktiver Teil wird ein Draht 1 (Fig. 2) aus einer Fe-Co-V-Legierung, die z.B. unter der Bezeichnung 'Vialloy" mit ca. 50 Gew.-% Co, ca. 10 Gew.-% V, Rest Eisen bekannt ist, verwendet. Der Durchmesser dieses Drahtes sollte im Ausgangszustand zwischen 0,3 und 0,6 mm liegen. Er muß sich in verformbarem Zustand befinden, was vorzugsweise durch eine Abschreckung von 900 bis 11000 C erreicht wird.The magnetically active part is a wire 1 (Fig. 2) made of an Fe-Co-V alloy, e.g. under the name 'Vialloy' with approx. 50% by weight Co, approx. 10% by weight V, Remainder iron is known to be used. The diameter of this wire should be in the initial state between 0.3 and 0.6 mm. It has to be in a malleable state, what is preferably achieved by a quench of 900 to 11000 C.
Die Röhre 2 muß einen Innendurchmesser aufweisen, der etwas größer ist als der Durchmesser des Drahtes 1. Da Vicalloy im weichgeglühten Zustand eine Streckgrenze,2 von etwa 600 bis 800 N/mm2 besitzt, können für die Röhre alle Materialien verwendet werden, deren Streckgrenze wesentlich niedriger ist, vorzugsweise kleiner als 300 N/mm2, die gut walzbar sind und die einen Temperaturkoeffizienten der linearen Wärmeausdehnung besitzen, der von dem des Vicalloy von 11 bis 12.10 1/K nicht sehr verschieden ist. Diese zuletzt genannte Bedingung ist erforderlich, damit sfcn das Spannungsverhältnis zwischen Kern und Schale bei mäßigen Temperaturänderungen nicht wesentlich andern kann. Ein den genannten Bedingungen besonders gut entsprechendes Material ist weicher, unlegierter Stahl, z.B. St 14 nach DIN 1623 mit einer Streckgrenze r 0,2 (0,2% bleibende Dehnung) von weniger als 220 Nimm2 und einer Bruchdehnung von mehr als 36%.The tube 2 must have an inner diameter that is slightly larger is as the diameter of the wire 1. Since Vicalloy in the annealed state is a Yield strength, 2 of about 600 to 800 N / mm2, all materials can be used for the tube are used whose yield strength is significantly lower, preferably smaller than 300 N / mm2, which are easy to roll and which have a linear temperature coefficient Have thermal expansion, not very much that of Vicalloy from 11 to 12.10 1 / K is different. This latter condition is necessary, thus sfcn the tension between core and shell with moderate temperature changes cannot significantly change. One that corresponds particularly well to the conditions mentioned The material is soft, unalloyed steel, e.g. St 14 according to DIN 1623 with a yield point r 0.2 (0.2% permanent elongation) of less than 220 Nimm2 and an elongation at break of more than 36%.
Der Draht 1 (Fig. 2) wirt Rön oben. D on gemeinsame Kaltverformu. e : und inneren Durchmesser der @e soweit, daß ein Kom pakter Gesamtdraht entsteht. Es muß dabei solange ver formt werden, bis eine innige Verbindung von Kern und Schale entsteht, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Im fertigen kaltverformten Zustand muß die Querschnittsfläche der Schale 2 (Fig. 3b) noch wesentlich größer sef als die des Kernes 1, und zwar vorzugsweise mindestens 3 mal so groß.The wire 1 (Fig. 2) Wirt Rön above. D on common cold deformation. e: and the inner diameter of the @e so far that a compact overall wire is created. It must be deformed until ver until an intimate connection between the core and shell arises, as shown in FIG. 3. In the finished, cold-formed state the cross-sectional area of the shell 2 (Fig. 3b) must still be significantly larger than sef that of the core 1, preferably at least 3 times as large.
Es folgt nun eine Wärmebehandlung im Bereich von 800 bis 11000 C unter Schutzgas. Diese Wärmebehandlung hat zur Folge, daß einerseits die von der Kaltverformung herrührenden Spannungszustände durch Rekristallisation @e seitigt und andererseits Kern und Schale @s prozesse fest miteinander verbunden @ Das ohne innere Spannung vorliegende Material wird nun mit Hilfe einer plastischen Verformung in den gewünschten Zustand gebracht, t e dies aus Fig. 5 abzuleiten ist.A heat treatment in the range from 800 to 11000 C now follows Protective gas. This heat treatment has the consequence, on the one hand, of the cold deformation stress states resulting from recrystallization @e on the one hand and on the other Core and shell @ the processes firmly connected @ that without internal tension The present material is now transformed into the desired with the help of a plastic deformation Brought state, t e this can be derived from FIG.
Durch Anlegen iner genügend großen Kraft wird das Drahtmaterial gedehnt. Kern 1 und Schale 2 erreichen bei verschiedenen Spannungen # die gleiche Dehnung # ( £ in Fig 5) Sie sollte etwa zwischen 1 und 1,5% liegen. Die Wegnahme der äußeren Kraft bewirkt, daß die elastischen Anteile der Dehnung entlang der Hookschen Geraden zurückfedern. Bei einem homogenen Draht würde # auf 0 zurückgehen. In dem vorliegenden inhomogenen Fall stellt sich das Gleichgewicht entsprechend dem Verhältnis der Querschnittsflächen ein ( 2 in Fig. 5). In der mechanisch weichen Schale sinkt 6- unter ½ - es bleibt eine Druckspannung. Der mechanisch härtere Kern steht dann unter Zug. Damit ist der Zustand erreicht, daß die beiden fest miteinander verbundenen Schichten in der gewünschten Weise gegeneinander verspannt sind.The wire material is stretched by applying a sufficiently large force. Core 1 and shell 2 achieve the same elongation at different tensions # # (£ in Fig. 5) It should be between 1 and 1.5%. Taking away the outer Force causes the elastic portions of the stretch along Hook's straight line spring back. For a homogeneous wire, # would go back to 0. In the present inhomogeneous case, the equilibrium arises accordingly the ratio of the cross-sectional areas (2 in Fig. 5). In the mechanically soft Shell sinks 6- under ½ - there remains a compressive stress. The mechanically harder core is then under tension. With this the state is reached that the two are firmly together connected layers are braced against one another in the desired manner.
Zur Herstellung eines Gebers wird der so hergestellte magnetische Draht gemäß Fig. 4 mit einem isolierten Draht 3 umwickelt, so daß auf dem ferromagnetischen Draht eine Sensorspule entsteht, die im Falle einer Ummagnetisierung Spannungsimpulse von kleiner Halbwertsbreite von etwa 20 /u s und großer Höhe von einigen Volt Spitzenspannung ei entsprechenden Windungszahlen anzeigt, die durch den ferromagnetischen Draht in der Sensorspule induziert werden.To produce a transmitter, the magnetic one produced in this way is used Wire according to FIG. 4 wrapped with an insulated wire 3, so that on the ferromagnetic Wire creates a sensor coil which, in the event of magnetization reversal, generates voltage pulses with a small half-width of about 20 / u s and a high level of a few volts peak voltage ei indicates the corresponding number of turns through the ferromagnetic wire are induced in the sensor coil.
Der Anwendungsbereich der mit dem ferromagnetischen Draht Herstellbaren Geber erstreckt sich auf Weggeber, Positionsgeber, Drehzahlgeber, Geschwindigkeitsgeber, kontaktlose Schalter wie Zündverteiler, Alarmsysteme, Speicherelemente, Kartenleser, Magnetkarten, Impulsgeneratoren Flüssigkeitsstandgeber und dergleibenen. Bei den genannten Geberanordnungen handelt es sich um berührungslose und damit wartungsfreie GeberThe scope of what can be produced with the ferromagnetic wire Encoder extends to position encoder, position encoder, speed encoder, speed encoder, contactless switches such as ignition distributors, alarm systems, memory elements, card readers, Magnetic cards, pulse generators, liquid level sensors and the like. Both The encoder arrangements mentioned are non-contact and therefore maintenance-free giver
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |