DE2745880C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Meßfühler, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Ein derartiger Meßfühler ist aus ETZ-A Band 83, Heft 11 (1962) 367-37 bekannt. Dort geht es darum, Relativbewegungen zwischen dem Meßfühler und einem Meßobjekt festzustellen. Bei Abwesenheit eines Meßobjekts befindet sich der Meßfühler in einem symmetrischen Zustand, in dem die von zwei parallel an­ geordneten und gleichsinnig polarisierten Magneten erzeugten Magnetfelder symmetrisch sind, so daß ein in der Symmetrie­ ebene angeordneter Hallgenerator in seiner aktiven Richtung von keinem Magnetfeld durchsetzt wird. Nähert sich der Meßfüh­ ler einem ferromagnetischen Objekt in der Weise, daß dieses zu einem der beiden Magnete in stärkere Wechselwirkung tritt als zu dem anderen, so wird die von beiden Magneten insgesamt er­ zeugte Magnetlinienanordnung asymmetrisch, der Hallgenerator wird nun in seiner aktiven Richtung von einem Magnetfeld durchsetzt und erzeugt ein Ausgangssignal.

Für eine Messung mit dem bekannten Meßfühler müssen fol­ gende Bedingungen erfüllt sein:

• (a) Die beiden Dauermagnete müssen gleich stark und sym­ metrisch gestaltet sein.
• (b) Der Hallgenerator muß in der Symmetrieebene der bei­ den Magnete angeordnet sein.
• (c) Das Meßobjekt muß gegenüber den beiden Dauermagneten asymmetrisch angeordnet sein.

Wegen des auf einer Asymmetrie bezüglich des Meßobjekts aufbauenden Funktionsprinzips ist der bekannte Meßfühler für eine Abstandsmessung ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magneti­ schen Meßfühler anzugeben, der eine eindeutige Abstandsmessung mit unkomplizierten Mitteln gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kenn­ zeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Danach wird der Magnetfluß eines einzigen Magneten durch eine Jochanordnung auf zwei Magnetfelder aufgeteilt, wobei die beispielsweise von einem Hallgenerator gebildete Magnetfeld-Meßeinrichtung nur von dem einen Magnetfeld und das Meßobjekt nur von dem anderen Magnetfeld durchsetzt wird. Bei dieser Gestaltung kommt es we­ der auf die genaue Lage des Hallgenerators noch auf die Ein­ haltung genauer Symmetriebedingungen an. Andererseits gestat­ tet der erfindungsgemäße Meßfühler eine empfindliche und ein­ deutige Messung seines Abstandes zu dem jeweiligen Meßobjekt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des Meßprinzips, und

Fig. 2 bis 6 verschiedene Ausführungsformen des Meßfüh­ lers.

Wie Fig. 1 zeigt, bildet ein magnetisch leitender Gegenstand, gegenüber dem beispielsweise der Abstand gemessen werden soll, ein Meßobjekt 1. versehen. Zwischen zwei magnetisch leitfähigen Metallteilen 3, 4 befindet sich ein Permanentmagnet 2. Das Magnetfeld dieses Permanentmagneten 2 muß an die magne­ tische Leitfähigkeit der Metallteile 3, 4 angepaßt sein. Der Permanentmagnet 2 läßt zwei Magnetfelder entstehen. Eines dieser Magnetfelder verläuft vom Nordpol - mit N bezeichnet - des Magneten 2 über das eine Metallteil 3, einen Luftspalt 9, das Meßobjekt 1, einen Luftspalt 10 und das zweite Metallteil 4 zum Südpol - Mit S bezeichnet - des Magneten 2. Das zweite Magnetfeld läuft vom Nordpol N des Magneten 2 über das Metall­ teil 3, den Luftspalt 11, das zweite Metallteil 4 zum Südpol S des Magneten 2. Im Luftspalt 11 ist ein Hall-Generator 5 oder eine andere Einrichtung angeordnet, die die Magnetfeld­ stärke mißt. Der Hall-Generator 5 bzw. die andere Einrichtung kann dem Prinzip nach irgendwo im zweiten Magnetfeld ange­ ordnet sein; eine bevorzugte Stelle ist in Fig. 1 ge­ zeigt. Nicht dargestellte Drähte verlaufen vom Hall- Generator 5 zu einer Anzeigeanordnung und/oder Rechner­ einheit, um die Magnetfeldänderung im Spalt 11 anzuzeigen.

Wenn der auf der rechten Seite von Fig. 1 dargestellte Meß­ fühler nahe an das Meßobjekt 1 herange­ bracht wird, wie dies auf der linken Seite von Fig. 1 darge­ stellt ist, tritt eine gegenseitige Beeinflussung bzw. Änderung der beiden Magnetfelder auf, so daß das Magnetfeld, welches durch den Hall-Generator 5 geht, sich in einem Maße erhöht, das von der Größe der Spalte 9 und 10, d. h. vom Abstand zwischen dem Gegenstand 1 und den Enden der Metallteile 3 und 4 abhängt.

Bei einem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Meßfühler in einer sich nicht bewegenden oder gegebenen­ falls sich drehenden Schleifscheibe 15 angeordnet, die bei­ spielsweise dafür vorgesehen ist, ein Material zusammen mit der sich drehenden oder sich nicht bewegenden Scheibe 1 zu schleifen bzw. zu polieren. Der Meßfühler ist in diesem Fall in einem nicht magnetischen Material 6 eingebettet und die unteren Enden der Metallteile 3 und 4 weisen an den Stellen 13, 14 schräg zulaufende Einkerbungen mit einer Form auf, wie dies in der Figur dargestellt ist, um den magnetischen Wider­ stand bzw. die Reluktanz auch dann unverändert zu halten, wenn die Schleifseite der Scheibe 15 und die Schleifseite des Meßfühlers sich abnutzen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das "Metall­ teil" 3 als fester Bestandteil einer Schleifscheibe 15 vorge­ sehen ist, und das "Metallteil" 3 darüber hinaus mit einem nach innen vorstehenden Vorsprung aus denselben Gründen versehen ist, wie dies im vorausgegangenen Abschnitt beschrieben wurde. Der Meßfühler besitzt weiterhin ein Metallteil 4, das in einem nicht-magnetischen Material 6 eingebettet ist.

Fig. 4 zeigt die Anwendung des in Fig. 1 dargestellten Meß­ fühlers für den Fal, bei dem der Schleifabstand zwischen zwei gegeneinander rotierenden Scheiben 7 und 8 angezeigt werden soll. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß der Meßfühler überhaupt nicht mit den Schleifscheiben 7 oder 8 in mechanischer Verbindung stehen oder mechanisch mit den Schleifscheiben 7 und 8 gekoppelt sein muß. Wenn der Abstand zwischen dem Metallteil 4 und der Scheibe 7 und zwischen dem Metallteil 3 und der Scheibe 8 im wesentlichen konstant ist, hängt die Anzeige des Hall-Generators 5 für die Magnetfeldänderung von der Änderung des Schleifab­ stands zwischen den einander gegenüberliegenden, zugewandten Flächen der Schleifsegmente 17, 18 ab.

Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, ist der bei den zuvor beschrie­ benen Figuren verwendete Permanentmagnet 2 durch ein magnetisch leitfähiges Zwischenstück 12 ersetzt und die magnetisch leitfähigen Teile 3 und 4 besitzen an ihren Außenseiten Permanentmagnete 13, 14. Unter anderem wird dadurch erreicht, daß der Meßfühler gegenüber dem ihn umgeben­ den Material weniger empfindlich ist, so daß die Permanent­ magnete 13, 14 bis zu einem gewissen Maße als Abschirmung gegen das umgebende Material dienen.

Gemäß der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist das Zwischenstück 12 mit einer Wicklung 16 umgeben, durch die ein konstanter, jedoch einstellbarer Gleichstrom fließen kann, um ein konstantes Trägermagnetfeld zu erzeugen, so daß beispielsweise dadurch der Meßbereich des Meßfühlers geändert werden kann. Das Zwischenstück 12 un die Wicklung 16 können auch durch einen Permanent­ magnet ersetzt werden.

Der beschriebene einzelne Permanetmagnet 2 kann durch zwei oder mehrere Permanentmagnete ersetzt werden. Darüber hinaus können auch mehrere erfindungsgemäße Meßfühler in derselben Schleifscheibe benutzt werden, um die Abstände an verschiedenen Stellen messen zu können, so daß dadurch auch eine Verwindung bzw. eine schiefe Lage einer Scheibe ermittelt werden kann.

Andere Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung bestehen zum Beispiel im Zusammenhang mit Dickenmessungen, bei­ spielsweise bei Endlagenmeßfühlern, mit Drehzahl- bzw. Ge­ schwindigkeitsmessungen, Drehzahl-Geschwindigkeitsüberwa­ chungen, Messungen der Oberflächenbeschaffenheit bzw. der Oberflächenglätte oder bei einem vollständig umschlossenen Stromschalter.

Claims (7)

1. Magnetischer Meßfühler mit einer einen konstanten Magnetfluß erzeugenden Magneteinrichtung (2) und einer beispielsweise von einem Hallgenerator gebildeten Magnet­ feld-Meßeinrichtung (5), die in einem von der Magnet­ einrichtung (2) erzeugten, von einem Meßobjekt (1) beein­ flußbaren Magnetfeld angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinrichtung (2) einen einzigen Magneten in einer Jochanordnung (3, 4) aufweist, die den Magnetfluß des Magneten auf zwei Magnet­ felder aufteilt, von denen das eine nur die Magnetfeld- Meßeinrichtung (5) und das andere nur das Meßobjekt (1) durchsetzt.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochanordnung zwei magnetisch leitfähige Teile (3, 4) umfaßt, zwischen deren einen Enden die Magnetfeld-Meßein­ richtung (5) angeordnet ist, und die mit ihren anderen Enden auf das Meßobjekt (1) ausrichtbar sind, und daß die Magnet­ einrichtung einen zwischen den beiden magnetisch leitfähigen Teilen (3, 4) angeordneten und mit seinen Polen auf diese ausgerichteten Permanentmanget (2) umfaßt.

3. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochanordnung zwei über ein magnetisch leitfähiges Zwi­ schenstück (12) miteinander verbundene magnetisch leitfähige Teile (3, 4) umfaßt, zwischen deren einen Enden die Magnet­ feld-Meßeinrichtung (5) angeordnet ist und die mit ihren an­ deren Enden auf das Meßobjekt (1) ausrichtbar sind, und daß die Magneteinrichtung zwei jeweils mit den magnetisch leit­ fähigen Teilen (3, 4) gekoppelte Permanentmagnete (13, 14) umfaßt (Fig. 5, 6).

4. Meßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (13, 14) an den von dem Zwischenstück (12) abgewandten Seiten der magnetisch leitfähigen Teile (3, 4) angeordnet sind (Fig. 5, 6).

5. Meßfühler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (12) mit einer Wicklung (16) zum Anlegen eines weiteren konstanten Magnetfeldes versehen ist (Fig. 6).

6. Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die auf das Meßobjekt (1) ausrichtbaren Enden der Jochanordnung (3, 4) so gestaltet sind, daß der magneti­ sche Widerstand des Meßfühlers in dem das Meßobjekt (1) durch­ setzenden Magnetfeld bei Abnützung dieser Enden unverändert bleibt (Fig. 2, 3).

7. Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er mindestens teilweise in ein magnetisch nicht-leitfähges Material (6) eingebettet ist.