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Induktiver Stabsensor für umlaufende Körper
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem induktiven Stabsensor
nach der Gattung des Hauptanpsruchs. Bei einem bekannten Stabsensor werden ein Flußleitstück
und ein Dauermagnet in Achsrichtung des Stabsensors hintereinander angeordnet, wobei
der Dauermagnet mit seinem zum Flußleitstück hin gerichteten Ende durch eine Klemmhülse
am stirnseitigen Ende des Flußleitstücks befestigt ist (DE-Gbm 82 22 118). Der Dauermagnet
ist in seiner Achsrichtung magnetisiert. Ein wesentlicher Teil des Magnetfeldes
gelangt dabei durch das Flußleitstück und dem vorderen Polschuh über einen Arbeitsluftspalt
auf einen zur Drehzahlmessung dienenden umlaufenden Zahnkranz und von dort über
einen langen Luftweg zurück zum hinteren Pol des stabförmigen Dauermagneten. Beim
Vorbeibewegen der einzelnen Zähne am Polschuh des Stabsensors wird der Arbeitsluftspalt
stark verändert und mit ihm die Stärke des Magnet flusses im Flußleitstück. Durch
diese Flußänderung wird in der auf dem Flußleitstück angeordneten Geberwicklung
ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Frequenz ein Maß für die Drehzahl des Zahnkranzes
ist.
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Bei dieser Lösung ist nachteilig, daß zur Erzielung einer ausreichend
starken Magnetfeldänderung für die Induzierung der Meßsignale Stabmagnete mit hohen
Koerzitivfeldstärken an ihren Polflächen erforderlich sind. Die für solche Stabmagnete
verwendeten Werkstoffe (Alnico-Magnete) sind jedoch sehr kostenaufwendig. Mit der
vorliegenden Lösung wird angestrebt, bei einem Stabsensor die Polflächen des Dauermagneten
zu vergrößern, um kostengünstigere Werkstoffe mit geringerer Koerzitivfeldstärke
verwenden zu können, ohne den im Flußleitstück benötigen Magnetfluß zur Erzeugung
der Meßsignale zu verringern.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Ausführung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Polflächen des Dauermagneten
durch die seitliche Anbringung am hinteren Endabschnitt des Flußleitstückes so stark
vergrößert werden können, daß es möglich ist, kostengünstige Magnetwerkstoffe mit
geringerer Koerzitivfeldstärke bzw. geringer Luftspaltenergie (BH max zu verwenden.
Darüber hinaus wird durch die seitliche Anordnung von Dauermagnetpolflächen am hinteren
Abschnitt des Flußleitstückes der Luftweg für die vom umlaufenden Zahnkranz zum
Dauermagneten zurückführenden Feldlinien erheblich verkürzt, wodurch eine entsprechende
Verbesserung des Nutzsignales am Sensor zu erzielen ist.
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Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die für die Nutzsignale ebenfalls
wesentliche Feldstärke im Flußleitstück durch in Achsrichtung des Sensors längere
Dauermagneten erhöht werden kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
Dabei ist es zur Verringerung der Streufelder zweckmäßig, daß der Dauermagnet als
radialmagnetisierter Ringmagnet
ausgebildet ist, der den hinteren
Endabschnitt des Flußleitstückes umschließt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Dauermagnet am hinteren Ende einen topfförmig die hintere Stirnseite des Flußleitstückes
umfassenden, geschlossenen Boden hat. Durch diese Maßnahme wird eine weitere Reduzierung
der Streufelder erzielt. Eine kostengünstige Lösung besteht darin, daß der topfförmige
Dauermagnet aus einem kunststoffgebundenen Ferritmagneten hergestellt wird, wobei
sein Boden ebenfalls magnetisiert ist.
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Zeichnung Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur
1 einen erfindungsgemäßen Stabsensor im Querschnitt mit einem ringförmigen Dauermagneten,
Figur 2 zeigt einen Stabsensor im Querschnitt mit einem topfförmigen Dauermagneten
und Figur 3 zeigt einen Stabsensor mit zwei Flachmagneten an zwei gegenüberliegenden
Längs seiten am hinteren Endabschnitt des Geber-Flußleitstückes jeweils in vergrößerter
Darstellung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist ein Stabsensor
zur Messung der Drehzahl eines nicht dargestellten Rades an einem Kraftfahrzeug
mit 10 bezeichnet. Der Stabsensor 10 wirkt dabei mit einem am Rad befestigten, umlaufenden
Zahnkranz 11 zusammen, von dem nur ein Ausbruch mit einigen Zähnen 12 dargestellt
ist. Der im Längsschnitt dargestellte Stabsensor 10 hat eine elektrische Wicklung
13, die auf einem Spulenkörper 14 aufgebracht ist. Die Wicklung 13 mit dem Spulenkörper
14 sitzt auf einem Flußleitstück 15, dessen vorderes stirnseitiges Ende einen zahnförmigen
Polschuh 16 trägt. Während die Wicklung 13 auf den mittleren Abschnitt des Flußleitstückes
15 fixiert ist,
befindet sich am hinteren Endabschnitt 15a ein Dauermagnet
17, der als radialmagnetisierter Ringmagnet ausgebildet ist und den Endabschnitt
15a des Flußleitstückes 15 eng umschließt. Das Flußleitstück 15 ist aus einem weichmagnetischem
Material, z.B. aus einem Ferritstab hergestellt und der Dauermagnet 17 besteht aus
einem hartmagnetischen Material aus Keramik oder Kunststoff mit darin eingebetteten
Ferritmagnetteilchen. Der Dauermagnet 17 ist von einem Anschlußteil 18 aus1 Kunststoff
eingefaßt, in dem das Ende eines Anschlußkabels 19 mit den nicht erkennbaren Anschlußleitern
der Wicklung 13 eingespritzt ist. Das vordere Ende des Flußleitstückes 15 mit dem
Polschuh 16 sowie die Wicklung 13 ist von einer magnetisch unwirksamen Metallhülse
20 eingefaßt, die feuchtigkeitsdicht eine Schulter 21 am unteren Ende des Anschlußteiles
18 umfaßt. Die Metallhülse 20 bildet gemeinsam mit dem Anschlußteil 18 das Gehäuse
des Stabsensors 10.
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Durch die ringförmige Anlage des Dauermagneten 17 am hinteren Endabschnitt
15a des Flußleitstücks 15 wird im Gegensatz zu einem Stabmagneten eine wesentlich
größere Polfläche erzielt. Sie entspricht der gesamten Anlagefläche des radialmagnetisierten
Dauermagneten 17 am Flußleitstück 15. Durch diese große Polfläche ist selbst bei
geringer magnetischer Koerzitivfeldstärke des Dauermagneten 17 noch ein starkes
Magnetfeld im Flußleitstück 15 zu erzeugen.
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In Figur 2 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Stabsensor 25
dargestellt, bei dem das aus der Metallhülse 20 und dem Anschlußteil 18 bestehende
Gehäuse des Gebers nach Figur 1 weggelassen wurde. In Abänderung des Stabsensors
nach Figur 1 hat der Dauermagnet 26 in Figur 2 am hinteren Ende einen topfförmig
geschlossenen Boden 27, der die hintere Stirnseite des
Flußleitstückes
15 umfaßt. Bei dieser Ausbildung des Dauermagneten 26 wird die Bildung von Streufeldern
am hinteren Ende des Dauermagneten 26 weitgehend vermieden. Aus dem Verlauf der
Feldlinien 28, die in Figur 2 nur für die rechte Seite des Stabsensors 25 angedeutet
sind, ist erkennbar, daß ein wesentlicher Teil des gesamten Magnetflusses am Nordpol
des Dauermagneten 26 in das Flußleitstück 15 eintritt, über einen Arbeitsluftspalt
29 in den Zahnkranz 11 gelangt und schließlich von dort über die Luftstrecke außerhalb
der Wicklung 13 zu dem außenliegenden Südpol des Dauermagneten 26 wieder zurückgeführt
wird.
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Durch Drehung des Zahnkranzes 11 in Pfeilrichtung wird der mit der
Wicklung 13 verkettete Anteil des Magnetfeldes 28 mit dem Durchlaufen der Zähne
12 bzw. der Zahnlücken verändert und dadurch in der Wicklung 13 eine Spannung induziert,
deren Frequenz ein Maß für die Durchlaufgeschwindigkeit der Zähne 12 und damit zugleich
ein Maß für die Drehzahl des mit dem Zahnkranz 11 verbundenen Rades ist. Der topfförmige
Dauermagnet 26 wird dabei vorzugsweise aus einem kunststoffgebundenen Ferritmagnetwerkstoff
hergestellt, wobei sein Boden zur Verringerung von Streufeldern in Achsrichtung
magnetisiert ist und mit seinem Nordpol innen an der Stirnfläche des Flußleitstückes
15 anliegt.
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In Figur 3 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Stabsensor
30 ohne sein Gehäuse und ohne Zahnkranz dargestellt, der zwei Flachmagnete 31 am
hinteren Endabschnitt 32a eines Flußleitstückes 32 aufweist. Das Flußleitstück 32
hat hier einen rechteckförmigen Querschnitt. Die beiden Flachmagnete 31 sind dabei
an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten des Flußleitstückes 32 angeordnet.
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Die Flachmagnete 31 sind quer zur Achsrichtung des Stabsensors 30
magnetisiert, so daß sie mit gleichen Polen
(Nordpol) an den Längsseiten
des Flußleitstückes 32 anliegen. Bei dieser Lösung können die plattenförmigen Flachmagnete
31 kostengünstig aus einem Material mit ausreichender Koerzitivfeldstärke hergestellt
werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, da anstelle von Ringmagneten, topfförmigen Magneten oder Flachmagneten
auch andere Magnet formen, beispielsweise halbkreis- oder segmentförmige Dauermagnete
verwendet werden können. Das Flußleitstück kann einen quadratischen, rechteckförmigen
oder kreisförmigen Querschnitt haben. Bei einem quadratischen Querschnitt des Flußleitstückes
können anstelle von zwei Flachmagneten ebensogut vier Flachmagneten an den vier
Längs seiten des Flußleitstückes angeordnete werden. Wesentlich ist bei allen Ausführungen,
daß die Dauermagneten mit einer in Achsrichtung des Stabsensors liegenden großen
Polfläche seitlich am hinteren Endabschnitt des Flußleitstückes angeordnet sind,
so daß bei einer geringen Koerzitivfeldstärke der Dauermagneten dennoch ein ausreichender
Magnetfluß im Flußleitstück erzeugt wird.