DE10317215A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsbestimmung von Dauermagneten - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Qualitätsbestimmung von Dauermagneten (24) wird der Dauermagnet (24) relativ zu einem Aufnahmesensor (42) bewegt. Hierbei wird die Ist-Magnetisierung in einer Feldstärken-Kurve (60) ermittelt. Anschließend wird der Feldstärken-Kurve (60) in einem Arbeitsbereich des Dauermagneten (24) eine Ideal-Kurve (66) überlagert. Anschließend wird der Fehler des Dauermagneten (24) im Arbeitsbereich durch Vergleich der Feldstärken-Kurve (60) mit der Ideal-Kurve (66) bestimmt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Qualitätsbestimmung von Dauermagneten.
• Dauermagneten werden in modernen Sensoren eingesetzt. Beispielsweise weisen Sensoren zur Drehwinkelerfassung, wie sie im Automobilbereich beispielsweise zur Bestimmung der Stellung von Drosselklappen verwendet werden, Ringmagneten auf. Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung diametral magnetisierten Ringmagneten. Ferner werden beispielsweise auch Segmente von Ringmagneten mit an die Art des Sensors angepassten Winkelgrößen verwendet. Derartige Ringmagnete weisen einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf der Magnetfeldkurve auf, wobei der im Wesentlichen lineare Bereich der Magnetfeldkurve als Arbeitsbereich genutzt wird. Hierbei handelt es sich im Allgemeinen um einen Drehwinkelbereich von 90°. Da sich bei Dauermagneten das Magnetfeld jedoch alterungsbedingt ändert, müssen die Sensoren mit einer aufwändigen Steuerung bzw. Korrektureinrichtung verbunden sein, durch die das bekannte bzw. erwartete Alterungsverhalten der Dauermagnete kompensiert wird. Dies hat zur Folge, dass derartige Sensoren, insbesondere wenn eine sehr feine Steuerung eines Drehwinkels oder dgl. gefordert ist, teuer sind.
• Durch den Einsatz von qualitativ hochwertigen Dauermagneten wäre es möglich, Sensoren zu entwickeln, die nicht mit einer entsprechenden Steuerungs- bzw. Kompensationseinrichtung verbunden werden müssen. Derartig hochwertige Magnete dürfen im Arbeitsbereich jedoch nur eine maximale Abweichung von weniger als 2%, insbesondere weniger als 1,5% aufweisen, wobei diese Maximalabweichung auch alterungsbedingt nicht überschritten werden darf. Da für derartige Sensoren die Qualität der Magnete entscheidend ist, sind geeignete exakte Prüfverfahren erforderlich. Derartige Verfahren sind bisher nicht bekannt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein geeignetes exaktes Prüfverfahren sowie eine Vorrichtung, die insbesondere zur Durchführung derartiger Prüfverfahren geeignet ist, zu schaffen.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8.
• Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Qualitätsbestimmung von Dauermagneten, insbesondere Ringmagneten, die besonders bevorzugt diametral magnetisiert sind, wird der Dauermagnet relativ zu einem Aufnahmesensor, bei dem es sich beispielsweise um einen Hall-Sensor handelt, bewegt. Der Aufnahmesensor wird hierbei vorzugsweise vor jeder Messung auf „0" kalibriert. Hierbei kann eine Bewegung des Magneten und/oder des Aufnahmesensors stattfinden. Bei einem Ringmagneten findet vorzugsweise ein Drehen des Ringmagneten gegenüber einem stationären Aufnahmesensor statt. Während der Bewegung wird die Ist-Magnetisierung in einer Feldstärken-Kurve ermittelt. Ermittelt wird hierbei insbesondere der Verlauf der Feldstärke. Es ist jedoch auch möglich, die Magnetfelddichte zu ermitteln. Die Feldstärken-Kurve kann insbesondere mit Hilfe eines Computersystems ermittelt und auch abgebildet werden. Im nächsten Schritt wird erfindungsgemäß der Feldstärken-Kurve in dem Arbeitsbereich des Dauermagneten eine Ideal-Kurve überlagert. Wird die Untersuchung wie bevorzugt an einem diametral magnetisierten Ringmagneten durchgeführt, handelt es sich bei dem Arbeitsbereich um den im Wesentlichen linearen Bereich der sinusförmigen Feldstärken-Kurve. Bei der Ideal-Kurve handelt es sich sodann um eine Gerade. Diese berechnete Gerade wird dem Arbeitsbereich der ermittelten Feldstärken-Kurve überlagert. Anschließend wird durch einen Vergleich der Feldstärken-Kurve und der Ideal-Kurve in dem Arbeitsbereich der Fehler des Dauermagneten bestimmt. Hierbei kann beispielsweise lediglich eine Maximalabweichung und hieraus ein maximaler Fehler ermittelt werden. Ferner ist es auch möglich, eine Fehler-Kurve über den gesamten Arbeitsbereich zu ermitteln. Aus der Fehler-Kurve kann sodann abgelesen werden, in welchen Bereichen des Arbeitsbereichs ein Fehler einer bestimmten Größe auftritt. Dies hat den Vorteil, dass ein Dauermagnet beispielsweise als geeignet klassifiziert werden kann, obwohl der maximale Fehler den Grenzwert überschreitet, wenn sich der maximale Fehler im Randbereich des Arbeitsbereichs befindet. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der im Wesentlichen lineare Arbeitsbereich größer als 90° ist und in dem Sensor beispielsweise ein Magnet mit einem Arbeitsbereich von +–30° erforderlich ist.
• Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine äußerst exakte Bestimmung des Fehlers, beispielsweise des prozentualen Fehlers, möglich. Dies wird dadurch erzielt, dass zunächst die Absolutwerte der Feldstärke des zu untersuchenden Magneten bestimmt werden und erst in einem nächsten Schritt durch einen Vergleich mit der Ideal-Kurve der Fehler ermittelt wird. Es ließen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Fehlerabweichungen von 0,1% und weniger ermitteln.
• Vorzugsweise ist der Aufnahmesensor in einem Abstand zum Dauermagneten angeordnet. Dieser Abstand ist vorzugsweise einstellbar, wobei insbesondere zur Untersuchung von diametral magnetisierten Ringmagneten ein Abstand von 0,5 – 1,5 mm bevorzugt ist.
• Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für Ringmagnete und insbesondere für diametral magnetisierte Ringmagnete geeignet. Das Verfahren ist jedoch auch zur Untersuchung von Stabmagneten einsetzbar.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Qualitätsbestimmung von Dauermagneten, die insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet ist, weist eine Magnet-Aufnahmeeinrichtung auf, in der die Lage des zu untersuchenden Magneten fixiert wird. Ferner ist erfindungsgemäß ein einziger Aufnahmesensor vorgesehen, wobei mit Hilfe einer Bewegungseinrichtung eine Bewegung zwischen der Magnet-Aufnahmeeinrichtung und dem einzigen Aufnahmesensor hervorgerufen wird. Bei der Untersuchung von Ringmagneten ist es bevorzugt, den Ringmagneten zusammen mit der Magnet-Aufnahmeeinrichtung zu drehen und einen stationären Aufnahmesensor vorzusehen. Der Aufnahmesensor ist mit einer Auswerteeinrichtung, wie einem Computer, verbunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass nur ein einziger Aufnahmesensor, beispielsweise ein Hall-Sensor, erforderlich ist. Da mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Absolutwert der Feldstärke oder der Magnetfelddichte gemessen wird, ist ein einziger Sensor im Unterschied zu einer unmittelbaren Fehlerbestimmung ausreichend, für die mindestens zwei Sensoren erforderlich sind. Die Fehlerbestimmung erfolgt sodann, wie vorstehend beschrieben, anhand eines Vergleichs mit einer Ideal-Kurve.
• Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Aufnahmesensor und dem zu untersuchenden Dauermagneten einstellbar. Dies erfolgt insbesondere durch eine Verstellbarkeit des Aufnahmesensors. Hierdurch ist vorzugsweise ein Luftspalt von 0,5 – 1,5 mm einstellbar.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Ansicht der Prüfvorrichtung und
• 2 und 3 Diagramme von Prüfergebnissen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Grundplatte 10 auf, auf der als Bewegungseinrichtung ein Schrittmotor 12 montiert ist. Der Schrittmotor 12 ist mit einem Potentiometer 14 verbunden. Sowohl der Schrittmotor 12 als auch der Potentiometer 14 sind mit einer Stromquelle 16 verbunden. Mit einer Motorwelle 18 ist koaxial eine Welle 20 verbunden. Auf der Welle 20 ist eine Magnet-Aufnahmeeinrichtung 22 angeordnet, die an einen zu untersuchenden Dauermagneten 24 angepasst ist. Mittels Halteelementen 26 ist die Magnet-Aufnahmeeinrichtung 22 auf der Welle 20 fixiert.
• Dem Schrittmotor 12 gegenüberliegend ist eine Wellenführung 28 angeordnet, in der die Welle 20 in einem Gleitlager gelagert ist. Die Wellenführung 28 ist mit einem Schlitten 30 verbunden, der über einen Verstellmechanismus 32 in Richtung eines Pfeils 34 verstellbar ist. Mit der Wellenführung 28 ist über einen Höheneinstellmechanismus 36 eine Feldsonde 38 verbunden. Mit Hilfe des Höheneinstellmechanismus 36 kann die vertikale Lage der Feldsonde in Richtung eines Pfeils 40 eingestellt werden. Mit der Feldsonde 38 ist der Aufnahmesensor 42 verbunden. Über die beiden Einstellmechanismen 30 und 36 kann die Lage des Aufnahmesensors 42 bzgl. des zu untersuchenden Dauermagneten 24 exakt eingestellt werden. Insbesondere kann die Größe eines Luftspaltes 44 exakt definiert werden.
• Die von dem Aufnahmesensor 42 aufgenommenen Messdaten werden über eine Messleitung 46 an ein Messgerät 48 übermittelt. Bei dem Messgerät 48 kann es sich um ein herkömmliches Feldstärkemessgerät handelt. Die Messdaten werden sodann über eine weitere Messleitung 50 an eine Auswerteeinrichtung 52, wie einen Computer, übermittelt. Der Computer ist ferner über Leitungen 54, 56 mit dem Potentiometer 14 und dem Schrittmotor 12 verbunden. Innerhalb des Computers 52 findet die Auswertung der Messergebnisse statt. Dies erfolgt, wie beispielsweise aus 2 ersichtlich ist, durch das Ermitteln einer Feldstärken-Kurve 60. Innerhalb eines Arbeitsbereichs von +–45°, d.h. innerhalb eines Bereichs zwischen den beiden senkrechten Linien 62 und 64, wird eine Idealkurve 66, die gestrichelt dargestellt ist, gelegt. Diese errechnete Idealkurve, bei der es sich bei einem diametral magnetisierten Ringmagneten um eine Gerade handelt, wird durch den Rechner 52 definiert und der Feldstärken-Kurve überlagert. Anschließend werden durch einen Vergleich der beiden Kurven 60, 66 die einzelnen Fehler an den einzelnen Punkten ermittelt und eine Fehler-Kurve 68 erzeugt. Aus der Fehler-Kurve 68 lässt sich in dem in 2 dargestellten Beispiel eine Untersuchung eines diametral magnetisierten Dauermagneten ersehen, der bei einem Winkel von etwa 200° einen maximalen Fehler von etwa 4% aufweist. Ein derartiger Magnet wäre für entsprechend hochempfindliche Sensoren auf Grund des relativ hohen Fehlers nicht verwendbar.
• Ein geeigneter Magnet ist in 3 dargestellt. Hierbei ist eine Magnetfeldkurve 60 ermittelt worden, wobei innerhalb des Arbeitsbereichs zwischen den beiden senkrechten Linien 62, 64 eine Gerade 66 gelegt wurde. Im nächsten Schritt erfolgt wiederum die Fehlerbestimmung und das Darstellen des Fehlers in einer Fehlerkurve 68. Aus dem auf der rechten Ordinate aufgetragenen prozentualen Fehler ergibt sich, dass der Fehler bei etwa 197° maximal ist und ca. 1,5% beträgt. Es handelt sich somit um einen hoch qualitativen Magneten, der auch bei entsprechenden Sensoren eingesetzt werden kann.
• Um die Alterungseigenschaften von Magneten bestimmen zu können, müssen derartige Versuche in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden, wobei die Magnete zwischen den Versuchen entsprechenden Temperaturschwankungen, die die real auftretenden Temperaturschwankungen simulieren, ausgesetzt werden. Üblicherweise werden die Magneten vor der ersten Messung einer künstlichen Alterung durch Tempern unterworfen. Hierdurch verringert sich zwar die Feldstärke, der zukünftige Alterungsprozess kann jedoch erheblich verlangsamt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Qualitätsbestimmung von Dauermagneten (24) mit den Schritten: – Bewegen des Dauermagneten (24) relativ zu einem Aufnahmesensor (42), – Ermitteln der Ist-Magnetisierung in einer Feldstärken-Kurve (60), – Überlagern der Feldstärken-Kurve (60) in einem Arbeitsbereich des Dauermagneten (24) mit einer Ideal-Kurve (66) und – Bestimmen der Fehler (68) des Dauermagneten (24) im Arbeitsbereich durch Vergleich der Feldstärken-Kurve (60) mit der Ideal-Kurve (66).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein maximaler Fehler bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem im Arbeitsbereich eine Fehler-Kurve (68) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 3, bei welchem als Dauermagnet ein insbesondere diametral magnetisierter Ringmagnet (24) oder ein Ringmagnet-Segment untersucht wird, wobei eine Relativbewegung durch Drehen des Dauermagneten (24) und/oder Bewegen des Aufnahmesensors (42) auf eine Kreisbahn erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Feldstärken-Kurve (60) im Wesentlichen sinusförmig ist und der Arbeitsbereich ein im Wesentlichen linearer Bereich ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Ideal-Kurve (66) eine Gerade ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 – 6, bei welchem der Aufnahmesensor (42) in einem insbesondere einstellbaren Abstand zum Dauermagneten (24) angeordnet ist.
8. Vorrichtung zur Qualitätsbestimmung von Dauermagneten (24), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 – 7, mit – einer Magnetaufnahmeeinrichtung (22) zur Aufnahme des Dauermagneten (24), – einem einzigen Aufnahmesensor (42), – einer Bewegungseinrichtung (12) zum Bewegen der Magnet-Aufnahmeeinrichtung (22) und des Aufnahmesensors (42) relativ zueinander und – einer mit dem Aufnahmesensor (42) verbundenen Auswerteeinrichtung (52).