DE4121724A1 - Verfahren zur herstellung eines impulsgebers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Impuls­ gebers für einen Sensor einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfas­ sen von Impulsen mit magnetischen Mitteln.

Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise für die Drehzahl- oder Drehwinkelmessung benutzt werden. Die US-PS 46 67 156 zeigt eine Vorrichtung, bei welcher auf den Außenring eines Wälzlagers ein Im­ pulsgeber gesteckt und dort befestigt ist, an dessen äußerem Umfang sich Zähne befinden. Diesem Impulsgeber ist ein Sensor benachbart, so daß bei der Drehung des Impulsgebers die Zähne an dem Sensor vorbeibe­ wegt werden. Der Impulsgeber besitzt in Bewegungsrichtung mit den Zähnen eine Anzahl von Bereichen, deren elektromagnetisch unter­ schiedliche Eigenschaften von den Sensoren erfaßt werden. Der metalli­ sche Impulsgeber kann so ausgelegt sein, daß die Zähne magnetisch leitfähig sind, während die Zahnzwischenräume diese Eigenschaft nicht aufweisen.

Ein solcher aufgeschobener Zahnring als Impulsgeber weist den Nachteil auf, daß mehrere Teile und die gemeinsame Passung der Teile bearbeitet und zusammengesetzt werden müssen. Außerdem darf der Radial- bzw. Axialschlag der Oberflächen, gegen die der Sensor mißt, einen bestimm­ ten Wert nicht überschreiten, ist also klein zu halten.

Aus der EP-OS 03 95 892 ist ein Radialwälzlager mit einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Impulsen bekannt, bei dem ein Lager­ ring einen Flansch mit in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Ausnehmungen aufweist. Dieser Flansch ist einem Flansch des anderen Lagerringes benachbart angeordnet, der einen Sensor hält. Die Aus­ führung hat jedoch den Nachteil, daß der mit den Ausnehmungen ver­ sehene, als Impulsgeber wirkende Lagerring besonders geformt und bearbeitet werden muß, damit die Ausnehmungen als magnetisch unwirksa­ me Bereiche entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstel­ lung eines kompakten Impulsgebers geringer Abmessung anzugeben, dessen magnetische Markierung in einem einfachen Fertigungsablauf angebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einem Bau­ teil hintereinander Bereiche unterschiedlicher Permeabilität und/oder Remanenz durch eine Wärmebehandlung mit Gefügeumwandlung erzeugt werden.

Für die Ermittlung einer Winkelgeschwindigkeit kann als Impulsgeber vorteilhaft ein Zählkranz aus Stahl hergestellt werden, wobei dessen Bereiche unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften jeweils in gleichen Abständen hintereinander angeordnet werden.

Wenn als ein solcher Impulsgeber ein Lagerring eines Wälzlagers ver­ wendet wird, ergibt sich damit eine Signierung des Lagerringes, die vorteilhaft mit Laserstrahlen durchgeführt werden kann. Durch örtlich begrenzte Umwandlung des Gefüges kann man beispielsweise einen magne­ tisch wirksamen Zählkranzbereich auf einem als Impulsgeber verwendeten Lagerring eines Wälzlagers erzeugen. Der Wälzlagerring kann beispiels­ weise aus einem austenitischen, nichtmagnetischen Stahl gefertigt sein, dessen Oberfläche beim Härten zunächst so aufgekohlt wird, daß eine martensitische, also magnetisch wirksame Schicht entsteht. In dieser Schicht werden dann durch die Laser-Bestrahlung bereichsweise solche metallurgischen Umwandlungen hervorgerufen, daß dort wieder das austenitische, nichtmagnetische Gefüge entsteht. Ein begrenzter Ab­ schnitt des Wälzlagers erhält auf diese Weise die für einen Zählkranz notwendigen magnetischen Eigenschaften, wodurch der sonst übliche genutete Zählkranz entfällt und somit auch keinen zusätzlichen Platz­ bedarf hat.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann also als Impulsgeber ein Bauteil aus einem austenitischen, unmagnetischen Stahl verwendet werden, dessen Randschicht durch Aufkohlen, Kugelstrahlen und/oder Tiefkühlen zunächst ganz in martensitisches magnetisches Gefüge umge­ wandelt wird, wobei anschließend durch eine örtlich begrenzte Wärmebe­ handlung Bereiche austenitischen, nicht magnetischen Gefüges zurückge­ bildet werden. Es ist auch möglich, bei dem Impulsgeber aus einem austenitischen, unmagnetischen Stahl in Abständen hintereinanderlie­ gende Bereiche, die unmagnetisch bleiben sollen, mittels Masken oder Schutzbeschichtungen zur Verhinderung des Durchtritts von Kohlenstoff oder Stickstoff abzudecken und das Bauteil anschließend durch Auf­ kohlen der freibleibenden Flächen in den ferromagnetischen Zustand zu bringen.

Da ein Wälzlagerring aus nichtrostendem austenitischen Stahl sowohl durch den Materialpreis als auch durch die erheblichen Wärmebehand­ lungskosten infolge des Aufkohlens sehr teuer ist, kann in Verfolgung des gleichen Verfahrensprinzips als Impulsgeber vorteilhaft auch ein Bauteil aus einem normalen magnetischen Wälzlagerstahl so gehärtet und angelassen werden, daß es zunächst einen niedrigen Restaustenitgehalt von etwa 10% aufweist. Danach werden durch örtlich begrenzte Wärmebe­ handlungen in Abständen hintereinanderliegende Bereiche mit stark erhöhtem Restaustenitgehalt gebildet. Die örtlich begrenzte Wärmebe­ handlung an dem Bauteil zur Erzeugung der metallurgischen Markierung kann vorteilhaft durch eine Laser-Bestrahlung erzeugt werden. Das wird erzielt durch die mögliche, sehr hohe Maximal-Temperatur, die deutlich höher ist, als die übliche Austenitisierungstemperatur, und durch die extreme Abkühlung der kleinen, heißen Zone durch das umgebende kalte Material. Die auf diese Weise erzeugte magnetische Markierung eines Impulsgebers aus normalem magnetischen Wälzlagerstahl weist einen deutlich einfacheren Fertigungsablauf auf, als die Behandlung des Bauteils aus austenitischem, unmagnetischen Stahl.

Durch die Markierung mittels Laser-Bestrahlung entstandene Eigenspan­ nungen können durch eine geeignete Abstimmung zwischen Lage und Größe der beeinflußten Zonen unwirksam gemacht werden. Es ist auch möglich, den Zählkranzbereich durch eine geeignete Materialschwächung von dem Wälzlagerbereich des Bauteils zu trennen.

Bei Bauteilen aus austenitischen Stählen können in Abwandlung des Verfahrens die Bereiche, die nicht durch Eindiffusion von Kohlenstoff und/oder Stickstoff gehärtet werden sollen, auf der Oberfläche mittels Masken oder Beschichtungen, die eine Grenzflächen- oder Durchtritts­ reaktion von Kohlenstoff bzw. Stickstoff behindern, abgedeckt werden. Unterhalb der abgedeckten Bereiche findet dabei keine Aufkohlung statt. Sie bleiben auch bei tieferen Temperaturen stabil austenitisch und somit paramagnetisch. Dagegen sind durch die Aufkohlung die nicht abgedeckten Bereiche ferromagnetisch.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen im folgenden erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 einen festen Sensor in der Nähe eines beweglichen Impulsge­ bers, der sich in einer ersten Stellung befindet;

Fig. 2 den Sensor mit dem Impulsgeber, der sich in einer zweiten Stellung befindet.

Ein Impulsgeber 1 weist mehrere hintereinander angeordnete Bereiche 2 mit Martensitgefüge mit Mischkarbiden und mehrere zwischen den Berei­ chen 2 befindliche Bereiche 3 mit Austenitgefüge auf. Dem Impulsgeber 1 benachbart angeordnet sind ein Magnet 4 und ein Sensor 5 zur Erfas­ sung der sich periodisch ändernden magnetischen Flußdichte. Diese hängt davon ab, ob dem Sensor 5 ein Bereich 2 mit Martensitgefüge oder ein Bereich 3 mit Austenitgefüge des Impulsgebers 1 benachbart ist.

Aufgrund der Feldstärke des Magneten 4 ergeben sich magnetische Feld­ linien 6, in deren Bereich teilweise auch der Impulsgeber 1 hinein­ ragt. Ist dem Sensor 5 nun ein Bereich 2 des Impulsgebers 1 mit dem magnetischen Martensitgefüge benachbart, so wächst die magnetische Induktion an, was durch die größere Anzahl der Feldlinien 6 in Fig. 2 dargestellt ist. Diese hohe Induktion wird von dem Sensor 5 aufge­ nommen, der dann ein Signal abgibt.

Wenn sich der Impulsgeber 1 nun weiterbewegt, so daß dem Sensor 5 ein Bereich 3 mit nicht magnetischem Austenitgefüge benachbart ist, so sinkt die Induktion ab, was durch die geringere Anzahl der magneti­ schen Feldlinien 6 in Fig. 1 dargestellt ist. Dieser abgesunkene Wert der Induktion vermag nun nicht mehr den Sensor 5 zu veranlassen, ein Signal abzugeben.

Durch periodisches Annähern von Bereichen 2 mit magnetischem Marten­ sitgefüge an den Magneten 5 bei der Bewegung des Impulsgebers 1 läßt sich auf diese Weise über die Anzahl der von dem Sensor 5 abgegebenen Signale in der Zeiteinheit beispielsweise die Geschwindigkeit des Impulsgebers 1 oder dessen Drehzahl ermitteln.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Impulsgebers für einen Sensor einer Vorrichtung zum berührungsfreien Erfassen von Impulsen mit magneti­ schen Mitteln, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Bauteil hinter­ einander Bereiche unterschiedlicher Permeabilität und/oder Remanenz durch eine Wärmebehandlung mit Gefügeumwandlung erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung einer Winkelgeschwindigkeit als Impulsgeber (1) ein Zähl­ kranz aus Stahl hergestellt wird, wobei dessen in Umfangsrichtung hintereinander befindlichen Bereiche (2, 3) unterschiedlicher magneti­ scher Eigenschaften jeweils in gleichen Abständen hintereinander angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber ein Lagerring eines Wälzlagers verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Impuls­ geber die Laufschiene oder Stange einer Linearführung verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Impulsgeber (1) ein Bauteil aus einem austeniti­ schen, unmagnetischen Stahl verwendet wird, dessen Randschicht durch Aufkohlen, Kugelstrahlen und/oder Tiefkühlen zunächst ganz in marten­ sitisches, magnetisches Gefüge umgewandelt wird und daß daraus an­ schließend durch eine örtlich begrenzte Wärmebehandlung Bereiche (3) austenitischen, nichtmagnetischen Gefüges zurückgebildet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Impulsgeber (1) ein Bauteil aus einem austeniti­ schen, unmagnetischen Stahl verwendet wird, an welchem die in Abstän­ den hintereinanderliegenden Bereiche (3), die unmagnetisch bleiben sollen, mittels Masken oder Schutzbeschichtungen zur Verhinderung des Durchtritts von Kohlenstoff oder Stickstoff abgedeckt werden und das Bauteil anschließend durch Aufkohlen der freibleibenden Flächen in den ferromagnetischen Zustand gebracht wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Impulsgeber ein Bauteil aus einem normalen, magneti­ schen Wälzlagerstahl so gehärtet und angelassen wird, daß es einen niedrigen Restaustenitgehalt von etwa 10% aufweist, und daß anschlie­ ßend durch örtlich begrenzte Wärmebehandlungen in Abständen hinterein­ anderliegende Bereiche mit stark erhöhtem Restaustenitgehalt gebildet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für das Bauteil der Wälzlagerstahl 100 Cr 6 mit einer Zulegierung von austenitstabilisierenden Elementen verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die örtlich begrenzten Wärmebehandlungen mit Laserstrah­ len durchgeführt werden.

10. Impulsgeber für einen Sensor einer Vorrichtung zum berührungs­ freien Erfassen von Impulsen mit magnetischen Mitteln, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er in Umfangsrichtung oder in linearer Richtung hinter­ einander durch eine Wärmebehandlung erzeugte Bereiche unterschiedli­ cher magnetischer Eigenschaften, z. B. der Permeabilität und/oder der Remanenz, aufweist.