DE4320196A1

DE4320196A1 - Verfahren zur Herstellung eines Impulsgebers

Info

Publication number: DE4320196A1
Application number: DE19934320196
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Strian; Dieter Dipl Ing Eckert
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1994-12-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines als Impuls geber dienenden metallischen Bauteils mit alternierenden magnetischen Eigenschaften, nach welchem an vorbestimmten, örtlich begrenzten Stellen der Oberfläche des aus einem Grundwerkstoff bestimmter magne tischer Eigenschaften bestehenden Bauteils eine die magnetischen Eigenschaften verändernde Behandlung vorgenommen wird.

Ein solcher Impulsgeber wird beispielsweise für die Drehzahl- oder Drehwinkelmessung verwendet. Es ist bekannt, daß das Bauteil selbst als Impulsgeber benutzt werden kann, wenn dessen Kontur entsprechend gestaltet ist, um beispielsweise die Drehrichtung oder Drehzahl der Anschlußkonstruktion des Bauteils erkennen zu können. Dabei wird häufig die Außenkontur mit einer Zahnform versehen. Da in vielen Fällen keine Anbringungsmöglichkeit für solch eine die Kontur ver ändernde Zahnform besteht, werden gesonderte Bauteile vorgesehen, die als Impulsgeber dienen. Diese werden dann mit dem Maschinenteil ver bunden, das zur Messung der Drehzahl benutzt werden soll. Die Her stellung solcher Bauteile erfolgt in der Regel durch spanende Bearbei tung.

Aus der DE-OS 41 21 724 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt. Danach werden entweder an einem Bauteil aus einem austeniti schen, unmagnetischen Stahl in Abständen hintereinander befindliche magnetische Bereiche mit Martensitgefüge erzeugt, oder es werden an einem Bauteil aus einem normalen, magnetischen Stahl in Abständen hintereinander befindliche Bereiche mit stark erhöhtem Restaustenitge halt erzeugt, die also wesentlich geringere oder keine magnetischen Eigenschaften mehr aufweisen. Das geschieht jeweils durch eine örtlich begrenzte, die Gefügeumwandlung bewirkende Wärmebehandlung. Metalli sche Bauteile, die kein Eisen enthalten, scheiden aber für die Ver wendung als Impulsgeber aus, da an ihnen allein durch eine Wärmebe handlung keine magnetischen Bereiche erzeugt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anwendungsbereich des Verfahrens zu erweitern, so daß Impulsgeber auch aus Nichteisenmetal len hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bauteil an den zu behandelnden Stellen mit einem zusätzlichen, in seinem magneti schen Verhalten von dem Grundwerkstoff abweichenden Werkstoff legiert wird. Auf diese Weise kann beispielsweise auch ein Bauteil aus einem unmagnetischen Nichteisenmetall zu einem Impulsgeber mit alternieren den magnetischen Eigenschaften werden, wenn nämlich der zulegierte zusätzliche Werkstoff ferromagnetisch ist, oder mit dem Grundwerkstoff ein Legierungssystem bildet, bei dem im festen Zustand die Curie- Temperatur oberhalb der Raum- bzw. Anwendungstemperatur liegt. Dieser Impulsgeber wird also ohne wesentliche Veränderung seiner Kontur bei der Herstellung geeignet, magnetische Signale abzugeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es beispielsweise auch mög lich, einen Teil einer Kolbenstange als Impulsgeber auszubilden, wobei die Kolbenstange gleichzeitig ihre Funktion als Dichtfläche und Über träger einer Kraft beibehält. Je nach dem Anwendungsfall kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine beliebige Anordnung der Bereiche unterschiedlichen magnetischen Verhaltens erfolgen.

Ein mit der Erfindung erzielbarer Vorteil besteht darin, daß Bauteile jeder Art als Impulsgeber benutzt werden können, ohne daß ihre Struk tur durch spanende Bearbeitung verändert zu werden braucht. Es können somit unterschiedliche Bauformen benutzt werden, die entsprechend ihren Werkstoffeigenschaften nur örtlich verändert werden. Darüber hinaus lassen sich die magnetischen Eigenschaften wie Remanenz, Per meabilität, Induktivität, oder Suszeptibilität durch die Legierungs bestandteile gezielt beeinflussen. Als Grundwerkstoffe können Metalle auf Eisenbasis; aber auch Nichteisenmetalle verwendet werden, wobei hinsichtlich des Gefügeaufbaus keine speziellen Anforderungen an den Ausgangszustand bestehen. Es ist eine Anwendung sowohl bei rotierenden Bauteilen, z. B. bei einem Lagerring eines Wälzlagers oder einer An triebswelle, als auch bei ortsfesten Bauteilen, beispielsweise bei der Laufschiene einer Linearführung möglich. In keinem Fall erfolgt eine Veränderung der Struktur der Bauteile. Die partielle Legierung kann vor einer eventuell durchzuführenden abschließenden Wärmebehandlung zur Steigerung der Härte des Bauteils erfolgen. Die Bereiche unter schiedlichen magnetischen Verhaltens bilden bei Hintereinanderanord nung eine Spur. Es ist auch eine versetzte Anordnung mehrerer Spuren möglich.

In Ausgestaltung der Erfindung werden zwei alternative Verfahrens weisen vorgeschlagen. Bei einer ersten Verfahrensweise ist vorgesehen, daß der Grundwerkstoff örtlich schmelzmetallurgisch legiert wird. Nach einem zweiten Verfahrensvorschlag ist vorgesehen, den Legierungswerk stoff örtlich in den Grundwerkstoff einzudiffundieren.

In weiterer Ausgestaltung ist es für beide Verfahren möglich, den Legierungswerkstoff entsprechen der Verteilung der lokal zu erzeugen den Bereiche mit den vom Grundwerkstoff verschiedenen magnetischen Eigenschaften auf der entsprechenden Bauteiloberfläche örtlich auf zubringen.

Für den Fall der schmelzmetallurgischen Legierung kann nach einer weiteren Verfahrensweise der Legierungswerkstoff auf der gesamten Fläche des Bauteils, welche die lokal zu erzeugenden Bereiche der vom Grundwerkstoff verschiedenen magnetischen Eigenschaften aufweisen soll, aufgebracht werden. Die lokale schmelzmetallurgische Legierung erfolgt durch örtliche Einbringung von Schmelzenergie. Für den Fall des örtlichen Legierens durch Eindiffundieren der Legierungbestand teile ist vorgesehen, das gesamte Bauteil zu erwärmen.

Im Falle der schmelzmetallurgischen Legierung ist in einer Ausgestal tung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, die Schmelzenergie durch Laserstrahlen, Elektronenstrahlen, induktiv oder konduktiv einzubringen. Der Legierungswerkstoff kann galvanisch oder chemisch auf der zu behandelnden Bauteiloberfläche abgeschieden werden. Ferner ist es möglich, den zusätzlichen Werkstoff auf die zu behandelnde Bau teiloberfläche aufzuspritzen oder als Pulver oder Anstrich aufzutra gen. Die Aufbringung kann lokal oder deckend erfolgen. Bei Anstrichen können die Legierungselemente in Form von Pigmenten enthalten sein. Schließlich kann der Legierungswerkstoff auch als Draht beim Schmelz legieren zugeführt werden.

Als Grundwerkstoff kann ein Werkstoff mit paramagnetischen oder unma gnetischen Eigenschaften gewählt werden. Es ist jedoch auch möglich, als Grundwerkstoff einen Werkstoff mit ferromagnetischen oder perma nentmagnetischen Eigenschaften zu verwenden. Die magnetischen Eigen schaften des erfindungsgemäß hergestellten Impulsgebers sind abhängig von der Art und der Menge des zulegierten Elementes. Die Anwendungs temperatur bzw. die Temperatur, bei der das System funktionieren soll, muß abhängig von den magnetischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs oberhalb oder unterhalb der Curietemperatur der lokal erzeugten Legie rung liegen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver fahrens anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Impulsring;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt X aus dem Impulsring nach Fig. 1.

Auf ein Bauteil in Form eines Ringes 1, welcher zu einem Wälzlager gehört und aus einem ferromagnetischen Grundwerkstoff X 102 CrMo 17 besteht, wird auf die äußere Oberfläche eine Nickelschicht 2 defi nierter Dicke aufgebracht. Durch örtliches Erwärmen mittels Laser strahlen 3 erfolgt das Legieren, so daß sich jeweils in einem lokal zu beeinflussenden Volumenelement 4 ungefähr der Werkstoff X 102 CrNiMo 17 9 ergibt. Im umgeschmolzenen Bereich entsteht ein austenitischer, paramagnetischer Werkstoff. Das Bauteil kann anschließend konventio nell wärmebehandelt werden, um die Funktionshärte zu erreichen. Die umgeschmolzenen Bereiche bleiben stabil austenitisch und paramagne tisch, während die nicht beeinflußten Bereiche martensitisch werden. Die Wirksamkeit des so gebildeten Sensors hängt unter anderem von der Größe des umgeschmolzenen Volumenelements 4 ab. Die Behandlung mit den radial auf den Ring 1 einwirkenden Laserstrahlen 3 erfolgt taktweise in Umfangsrichtung, wobei die Drehrichtung des Ringes 1 für jeden Takt durch den Pfeil 5 angegeben ist.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel sollen an einer Welle aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl, dessen Grundzustand parama gnetisch ist, ferromagnetische Bereiche erzeugt werden, so daß ein Impulsgeber entsteht. Die Welle muß also in lokalen Bereichen in den ferromagnetischen Zustand versetzt werden. Dies geschieht am besten mit einer lokalen Zulegierung von Nickel, da von einem bestimmten Nickelgehalt an die Curietemperatur des Austenits über die Raumtempe ratur bzw. bei entsprechender Auslegung über die Anwendungstemperatur ansteigt. Somit entstehen Bereiche mit jeweils ferromagnetischen Eigenschaften in einem Grundkörper aus paramagnetischem Material.

Bezugszeichenliste

1 Ring
2 Nickelschicht
3 Laserstrahlen
4 Volumenelement
5 Pfeil der Drehrichtung
x Ausschnitt

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines als Impulsgeber dienenden metalli schen Bauteils mit alternierenden magnetischen Eigenschaften, nach welchem an vorbestimmten, örtlich begrenzten Stellen der Oberfläche des aus einem Grundwerkstoff bestimmter magnetischer Eigenschaften bestehenden Bauteils eine die magnetischen Eigenschaften verändernde Behandlung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil an den zu behandelnden Stellen mit einem zusätzlichen, in seinem magnetischen Verhalten von dem Grundwerkstoff abweichenden Werkstoff legiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil an den zu behandelnden Stellen mit einem zusätzlichen Werkstoff bzw. chemischen Element derart legiert wird, daß das magnetische Verhalten des Grundwerkstoffs lokal geändert wird und somit im Vergleich zu den nicht beeinflußten Bereichen entgegengesetzt wirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als die magnetischen Eigenschaften des Bauteils verändernde Behandlung eine Bestrahlung mit Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als die magnetischen Eigenschaften des Bauteils verändernde Behandlung eine induktive oder konduktive Erwärmung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätz liche Werkstoff durch galvanische oder chemische Abscheidung auf die zu behandelnde Bauteiloberfläche aufgebracht oder mittels thermischer Spritzverfahren oder als Pulver oder Anstrich aufgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätz liche Werkstoff der zu behandelnden Bauteiloberfläche als Draht zu geführt und dort geschmolzen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Grund werkstoff ein unmagnetischer Werkstoff und als zusätzlicher Werkstoff ein magnetischer Werkstoff verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Grund werkstoff ein unmagnetischer Werkstoff und als zusätzlicher Werkstoff ein solcher verwendet wird, der den ferromagnetischen Zustand im entstehenden Legierungssystem stabilisiert, so daß die resultierende Curie-Temperatur oberhalb der Anwendungstemperatur liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Grund werkstoff ein magnetischer Werkstoff und als zusätzlicher Werkstoff ein unmagnetischer Werkstoff verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Grund werkstoff ein magnetischer Werkstoff und als zusätzlicher Werkstoff ein solcher verwendet wird, der den unmagnetischen (paramagnetischen) Zustand im entstehenden Legierungssystem stabilisiert, so daß die resultierende Curie-Temperatur unterhalb der Anwendungstemperatur liegt.