DE4102896A1 - Verbesserter magnetischer messfuehler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft magnetische Fühlanordnun­ gen, und insbesondere einen verbesserten magnetischen Meßfüh­ ler zur Verwendung in einem System zur Erfassung der Position, der Geschwindigkeit und/oder der Richtung eines sich bewegen­ den Gegenstandes mit wechselnden Zonen unterschiedlicher mag­ netischer Leitfähigkeit in der Bewegungsrichtung.

Es ist bekannt, einen Wandler oder Bewegungsmeßfühler zur Ver­ fügung zu stellen, der aus einem Dauermagneten besteht, dessen Polfläche einem Gegenstand zur Erfassung seiner Bewegung zuge­ wandt ist, wobei diese Polfläche ein magnetfeldempfindliches Meßfühlerelement aufweist, das koaxial zur Achse der Polfläche angeordnet ist. Eine derartige Vorrichtung zur Erfassung einer Bewegung wird so angeordnet, daß die Polfläche und das Meßfüh­ lerelement einem Gegenstand, wie zum Beispiel einer axial hin- und herbewegbaren Stange oder einem drehbaren Zahnrad aus ei­ nem magnetisch leitfähigen Material, über einen lufterfüllten Abstand zugekehrt sind. Die Stange kann beispielsweise mit an ihrem Umfang verlaufenden Nuten oder Gewinden versehen sein, die abwechselnde Erhebungen und Vertiefungen bilden, und die Zähne des Zahnrades sind natürlich am Umfang beabstandet, wo­ durch die Erhebungen und Vertiefungen der Stange sowie die Zähne des Zahnrades und ihre dazwischenliegenden Abstände abwechselnde Zonen unterschiedlicher magnetischer Leitfähig­ keit in Richtung der Bewegung des Gegenstandes darstellen. Die Flußlinien des Magnetfeldes des Dauermagneten verlaufen bei Bewegung des Gegenstandes bezüglich des magnetischen Meß­ fühlers durch diese wechselnden Zonen, wodurch Flußverände­ rungen hervorgerufen werden und ein Strom in dem magnetischen Meßfühler induziert wird, der proportional zur Position des sich bewegenden Gegenstandes ist. Der Ausgang des magnetischen Meßfühlers wird an eine geeignete elektronische Hilfsvorrich­ tung angelegt, um eine erwünschte Funktion oder Anzeige zu er­ halten. Natürlich ist hierbei das Magnetfeld des Dauermagneten bezüglich eines magnetischen Meßfühlers gleichförmig, der auf der Polfläche des Dauermagneten zu seiner koaxialen Ausrich­ tung mit der Achse der Polfläche mittig angeordnet ist.

Häufig ist es bei einer derartigen Vorrichtung zur Erfassung einer Bewegung wünschenswert, auch eine Möglichkeit zur Erfas­ sung der Bewegungsrichtung des Gegenstandes bereitzustellen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß zwei magnetische Meß­ fühlerelemente auf den gegenüberliegenden Seiten der Pol­ flächenachse und im Abstand zueinander in Richtung der Be­ wegung des Gegenstandes auf der Polfläche vorgesehen werden, wobei dieser Abstand proportional zur Höhe- bzw. Steigung der Stangenerhebungen und -vertiefungen oder der Zähne des Zahn­ rades ist. Bei einer solchen Anordnung sind die Flußverände­ rungen zu jedem gegebenen Zeitpunkt, die sich aus dem Durch­ laufen der Zonen unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit ergeben, bezüglich eines jeden der magnetischen Meßfühler un­ terschiedlich, wodurch unterschiedliche Signale an der elek­ tronischen Hilfsvorrichtung erzeugt werden, die Informationen bezüglich der Richtung des sich bewegenden Gegenstandes lie­ fert. Die Anordnung von zwei magnetischen Meßfühlervorrich­ tungen auf der Polfläche jedoch führt zu Problemen hinsicht­ lich des Signalausganges von den einzelnen magnetischen Meß­ fühlern. Hierbei bewirkt die Versetzung der zwei magnetischen Meßfühlern bezüglich der Mitte des Magneten ein Magnetfeld in dem Bereich eines jeden der magnetischen Meßfühler, das nicht gleichförmig ist. Dabei unterscheidet sich der Magnetfluß auf der Seite eines jeden Meßfühlers, der der Magnetmitte am näch­ sten liegt, von demjenigen auf der Seite des Meßfühlers, der sich am weitesten entfernt von der Magnetmitte befindet. Im einzelnen hat ein jedes Meßfühlerelement im allgemeinen einen positiven Schenkel und einen negativen Schenkel, die beide je­ weils ein Ausgangssignal an eine Komparator- oder Differen­ ziervorrichtung abgeben, und diese Schenkel sind in der Bewe­ gungsrichtung des Gegenstandes nahe beieinander angeordnet und daher bezüglich der Magnetmitte unterschiedlich beabstandet. Demgemäß unterscheiden sich die Muster der Magnetfeldfluß­ linien bezüglich der zwei Schenkel, aufgrund dessen sich auch die Ausgänge der beiden Schenkel unterscheiden. Dieser Unter­ schied führt zu Problemen bei der Erhaltung genauer und/oder intelligenter Informationen hinsichtlich der Bewegungen des Gegenstandes. Daher wurde vorgeschlagen, einen Widerstand in jedem Schenkel eines jeden Meßfühlerelementes anzuordnen, um die Wirkung des Unterschiedes des darüberliegenden Flußfeldes auszugleichen. Zwar gleicht eine derartige Anordnung dieses Ungleichgewicht aus; jedoch nur hinsichtlich eines gegebenen lufterfüllten Abstandes zwischen dem Meßfühler und dem sich bewegenden Gegenstand, und einer gegebenen Temperatur, bei der die Meßfühler temperaturempfindlich sind. Daher führt jedwede Veränderung des lufterfüllten Abstandes und/oder der Tempe­ ratur zu Fehlern in den Meßwerten. Ein weiteres Problem, das sich bei der Versetzung von zwei Meßfühlerelementen auf seit­ lich gegenüberliegenden Seiten der Mitte der Polfläche eines Dauermagneten ergibt, ist eine beträchtliche Abnahme des Sig­ nal-Versetzungs-Fehlerverhältnisses gegenüber demjenigen, das bei einem einzelnen mit der Magnetachse koaxialen Meßfühler­ element auftritt. Hierbei kann der Versetzungsfehlergrad bei zwei versetzten Meßfühlern 30mal höher sein als der Verset­ zungsfehlergrad bei einem einzigen mittigen Meßfühler, und ein derart hoher Versetzungsfehlergrad macht es äußerst schwierig, von den Meßfühlern intelligente Ausgangssignale zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im einzelnen in Verbindung mit magnetfeldempfindlichen Meßfühlerelementen in Form von magnetischen Silizium-Widerständen auf einer dünnen Ferrit-Unterlage beschrieben. Diese Art von Meßfühlerelement wirft ein weiteres Problem hinsichtlich der Herstellung von Wandlern mit Dauermagneten auf. Magnetische Silizium-Wider­ stände sind nämlich höchst zerbrechlich, weshalb bei ihrer Anordnung auf der Polfläche eines Dauermagneten höchst vor­ sichtig gearbeitet werden muß. Aufgrund der Anziehungskraft des Magneten während des Zusammenbauvorganges kann nämlich der Meßfühler mit so großer Kraft auf der Polfläche auftreffen, daß das zerbrechliche Meßfühlerelement zerschlagen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Polfläche eines Wandlers mit Dauermagneten mit einem Paar magnetfeldempfind­ licher Meßfühlerelemente versehen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Polflächenachse in Richtung der relativen Bewegung zwischen Wandler und Gegenstand versetzt sind, und das Magnet­ feld im Bereich eines jeden dieser Meßfühlerelemente wird ver­ zerrt, um das über jedem Meßfühlerelement liegende Magnetfeld in Richtung der relativen Bewegung zwischen Meßfühler und Ge­ genstand auszugleichen. Insbesondere wird hierbei das normale radiale Muster der Flußlinien in dem vom Dauermagneten erzeug­ ten Magnetfeld im Bereich eines jeden Meßfühlerelementes ver­ zerrt, so daß es quer zur Richtung der relativen Bewegung zwi­ schen Meßfühler und Gegenstand verläuft, wodurch das Magnet­ feld zwischen dem radial am weitesten innenliegenden und dem radial am weitesten außenliegenden Abschnitt des Meßfühler­ elementes in Bezug auf die Magnetachse und die Bewegungs­ richtung ausgeglichen ist. Daher werden die Ausgangssignale von dem positiven und dem negativen Schenkel eines jeden Meßfühlerelementes ausgeglichener, der Versetzungsfehlergrad wird minimalisiert und genauere Meßwerte werden erhalten. Überdies lassen sich diese Vorteile erfindungsgemäß ohne Beschränkung auf einen gegebenen lufterfüllten Abstand und/oder Umgebungstemperatur, und ohne Verwendung von Widerstän­ den zum Ausgleich für das Ungleichgewicht des Magnetfeldes bezüglich des Meßfühlerelementes erhalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Verzerrung des Magnetfeldes im Bereich eines jeden der Meßfüh­ lerelemente und somit eine ausgeglichene Wirkung des über je­ dem der Meßfühlerelemente liegenden Feldes durch Anordnung ei­ ner ferromagnetischen Flußschiene hoher magnetischer Durchläs­ sigkeit zwischen der Polfläche des Dauermagneten und den zwei Meßfühlerelementen erzielt. Die Flußschiene verläuft in Rich­ tung der Bewegung des Gegenstandes bezüglich der Meßfühlerele­ mente, und entspricht vorzugsweise in ihrer Breite allgemein der Abmessung der Meßfühlerelemente in Querrichtung zur Bewe­ gungsrichtung des Gegenstandes. Die Differentialschenkel des Meßfühlers befinden sich quer zur Längenrichtung der Fluß­ schiene, und die bevorzugte Breite der Schiene optimalisiert die Verzerrung des Magnetfeldes im Bereich eines jeden Meß­ fühlers, so daß die Flußlinien quer zur Längenabmessung der Flußschiene bezüglich der beiden Schenkel des Meßfühlers ver­ laufen. Daher ist das Flußfeld, das auf beide Schenkel eines jeden Meßfühlers wirkt, im wesentlichen gleich. Ein weiterer gemäß der voranstehend beschriebenen bevorzugten Ausfüh­ rungsform erzielter Vorteil besteht darin, daß die Meßfüh­ lerelemente von der Gattung mit magnetischen Silizium-Wi­ derständen sein können, bei denen die Ferrit-Unterlage zu­ nächst auf der Flußschiene angeordnet wird, ehe letztere auf der Polfläche des Dauermagneten angebracht wird. Hierbei wird eine Bekämpfung des Magnetfeldes bei Anbringung des Meßfüh­ lerelementes vermieden, was einen Zusammenbau mit dem Dauer­ magneten ohne das übliche Maß an Vorsicht oder die Verwendung besonderen Werkzeuges möglich macht, wie sie sonst zur Ver­ meidung einer Beschädigung oder Zerstörung der Meßfühler­ elemente während dem Zusammenbau mit dem Dauermagneten erfor­ derlich sind.

Mit der vorliegenden Erfindung ist die primäre Aufgabe gelöst, einen verbesserten Wandler mit Dauermagneten zur Verwendung bei der Erfassung der Position, der Geschwindigkeit und/oder der Richtung der Bewegung eines Gegenstandes in Bezug auf ihn zur Verfügung zu stellen, wobei dieser Gegenstand wechselnde Zonen unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit hat und wo­ bei der Wandler magnetfeldempfindliche Meßfühlerelemente auf gegenüberliegenden Seiten der Mitte des Dauermagneten bezüg­ lich der Richtung der Bewegung des Gegenstandes relativ dazu aufweist.

Weiterhin wird ein Wandler der voranstehend beschriebenen Art mit verbesserten Genauigkeit bezüglich der Meßwerte der mag­ netfeldempfindlichen Meßfühler verfügbar gemacht.

Mit einem Wandler der voranstehend beschriebenen Art wird das von dem Dauermagneten erzeugte Flußfeld im Bereich eines jeden der magnetfeldempfindlichen Meßfühlerelemente so verzerrt, daß die Flußlinien in den Bereichen dieser Elemente von einer ra­ dialen zu einer querverlaufenden Richtung bezüglich der Rich­ tung der Bewegung des Gegenstandes gegenüber dem Wandler ge­ lenkt werden.

Gemäß der Erfindung sind bei einem Wandler der voranstehend beschriebenen Art die magnetfeldempfindlichen Meßfühlerele­ mente auf einer ferromagnetischen Flußschiene hoher magneti­ scher Durchlässigkeit angeordnet, welche sich ihrerseits auf der Polfläche des Dauermagneten befindet, so daß die Fluß­ schiene das Magnetfeld im Bereich eines jeden der Meßfühler­ elemente derart verzerrt, daß das über dem Meßfühlerelement liegende Magnetfeld bezüglich der Richtung der Bewegung des Gegenstandes dazu ausgeglichen ist.

Die Meßfühlerelemente erzeugen genaue Ausgangssignale propor­ tional zur Form des Magnetfeldes in der Nähe der Meßfühler­ elemente unabhängig von den begrenzten Parametern eines luft­ erfüllten Abstandes und der Umgebungstemperatur.

Der verbesserte Wandler hat ein hohes Signal-Versetzung-Feh­ lerverhältnis hat, womit die Ablesbarkeit der Ausgangssignale der Meßfühler verbessert wird.

Der neue Wandler verwendet magnetfeldempfindliche Meßfühler­ elemente, die eine zerbrechliche Struktur haben. Der Zusammen­ bau der Meßfühler und des Dauermagneten kann jedoch erfin­ dungsgemäß auf eine Weise vollzogen werden, die weniger Vor­ sicht hinsichtlich Beschädigung oder Zerstörung der Meßfühler­ elemente während des Zusammenbauvorganges erforderlich macht.

Die voranstehend aufgeführten und weitere Aufgaben sind zum einen Teil offensichtlich oder ergeben sich zum anderen Teil in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beige­ fügten Zeichnungen. Die Zeichnung stellt eine bevorzugte Aus­ führungsform der Erfindung dar und aus der zugehörigen Be­ schreibung ergeben sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung.

Es zeigen

Fig. 1 eine Aufrißansicht, zum Teil im Schnitt, eines Wandlers gemäß vorliegender Erfindung, wobei der Wandler die Bewegung eines hin- und her­ gehenden Gegenstandes erfaßt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Wandler entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, sowie schematisch die Ausgangsverbindungen von den Meßfühler­ elementen;

Fig. 3 eine Aufrißansicht des Wandlers im Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Wandler aus dem Stand der Technik;

Fig. 5 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht, die die Verwendung eines erfin­ dungsgemäßen Wandlers mit den Zylinder- und Kolbenkomponenten einer Druckgußmaschine dar­ stellt; und,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wandlers gemäß der vor­ liegenden Erfindung.

Unter Bezugnahme insbesondere auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen lediglich zum Zwecke der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dienen und nicht die Erfindung einschränken, zeigen die Fig. 1-3 einen Wandler 10, bestehend aus einem zylindrischen Körper 12 aus dauermagnetischem Material wie z. B. Samariumkobalt, der auf geeignete Weise in einem Gehäuse aus weichem unlegierten Stahl angeordnet ist, das von einer zylindrischen Wand 14 gebildet ist, welche radial im Abstand zu dem Magneten 12 angeordnet ist und diesen umgibt, sowie einer Bodenwand 16, an der der Magnet 12 auf geeignete Art und Weise befestigt ist. Der Dauermagnet 12 hat eine Achse 18 und eine ebene Polfläche 20, und eine ferromagnetische Flußschiene 22 mit hoher magneti­ scher Durchlässigkeit, z. B. aus weichem Stahl, ist auf der Polfläche 20, beispielsweise mittels einem Epoxykleber, befes­ tigt. Schließlich sind ein Paar magnetfeldempfindlicher Meß­ fühlerelemente 24 und 26 auf der äußeren Oberfläche 28 der Flußschiene 22, beispielsweise mittels einem Epoxykleber, be­ festigt.

In der dargestellten Ausführungsform ist ein jedes der Meßfüh­ lerelemente 24 und 26 vorzugsweise ein Meßfühlerelement der Gattung mit magnetischem Silizium-Widerstand, wie es von Siemens Components Corp., Iselin, New Jersey, U.S.A. unter der Firmenproduktbezeichnung FT-100L60 erhältlich ist. Ein jedes der Meßfühlerelemente 24 und 26 besteht aus einer dünnen Grundplatte 30 aus Ferrit, auf der ein Silizium-Differential­ widerstand mit einem positiven Schenkel 32, einem negativen Schenkel 34 und einem Erdungsschenkel 36 angeordnet ist. Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Schenkel 32 und 34 eines jeden der Meßfühler 24 und 26 jeweils mit den Differenziervor­ richtungen 38 und 40 verbunden, die wiederum Ausgänge zu den geeigneten elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen 42 und 44 aufweisen, wie es nachstehend im einzelnen ausgeführt ist.

Wie aus den Fig. 1-3 hervorgeht, wird der Wandler 10 in Be­ zug auf einen sich bewegenden Gegenstand aus magnetisch lei­ tendem Material, wie beispielsweise einer Stange R mit einer Achse 46, der axial in gegenüberliegenden Richtungen hin- und herbewegbar ist (wie durch Pfeil 48 gekennzeichnet) angeord­ net. Wie weiter aus den Fig. 1-3 zu erkennen ist, ent­ spricht die Länge der Flußschiene 22 in der Bewegungsrichtung 48 allgemein dem Durchmesser des Dauermagneten 12 und die Breite der Flußschiene quer zur Richtung 48 entspricht im wesentlichen der Querlänge der Schenkel 32 und 34 der Meßfüh­ lerelemente 24 und 26. Die Stange R weist abwechselnd Erhe­ bungen 50 und Vertiefungen 52 auf, die aufgrund unterschied­ licher lufterfüllter Abstände zwischen den Erhebungen und Ver­ tiefungen und den Meßfühlerelementen 24 und 26 wechselnde Zo­ nen unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit bezüglich des Wandlers 10 erzeugen. Eine jede Erhebung 50 und dabeiliegende Vertiefung 52 ergibt einen Steigungs- bzw. Höhenabstand P ent­ lang der Stange R in der Bewegungsrichtung 48, und die Mitten der Meßfühlerelemente 24 und 26, wie sie durch deren Erdungs­ schenkel 36 definiert sind, sind in der Bewegungsrichtung 48 durch einen Abstand D beabstandet, der proportional zur Stei­ gung bzw. Höhe P ist und vorzugsweise gleich 1/4, 3/4 oder 11/4 P oder anderes Vielfaches von 1/4 ist. Eine proportio­ nierte Beabstandung der Meßfühlerelemente ist bei der Be­ stimmung der Bewegungsrichtung der Stange R relativ zum Wand­ ler 10 erforderlich, und verhindert hierbei eine Überein­ stimmung der Ausgangssignale von den zwei Meßfühlern, da eine derartige Übereinstimmung eine Differenzierung der Signale zur Bestimmung der Bewegungsrichtung ausschließen würde.

Vor Beschreibung des Betriebes der in den Fig. 1-3 darge­ stellten Ausführungsform wird auf die Fig. 4 der Zeichnung Bezug genommen, die einen Wandleraufbau wie voranstehend be­ schrieben zeigt, jedoch ohne Flußschiene 22, bei dem die Meß­ fühlerelemente 24 und 26 direkt auf der Polfläche 20 des Dau­ ermagneten 12 angeordnet sind und sich in derselben Ausrich­ tung bezüglich der Magnetachse 18 und der Bewegungsrichtung 48 eines Gegenstandes wie voranstehend beschrieben befinden. In dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau verlaufen die Flußlinien in dem Magnetfeld des Dauermagneten 12 im allgemeinen radial zum Dauermagneten relativ zur Achse 18 um die Peripherie des Mag­ neten, wodurch bezüglich eines jeden der Meßfühlerelemente 24 und 26 die Flußlinien bezüglich des entsprechenden Erdungs­ schenkels 36 unterschiedlich über deren Schenkel 32 und 34 schneiden. Daher liegt für ein jedes der Meßfühlerelemente 24 und 26 ein Ungleichgewicht im Magnetfeld vor, das von den Schenkeln 32 und 34 des entsprechenden Meßfühlerelementes als Folge des jeweils unterschiedlichen Magnetflusses auf radial gegenüberliegenden Seiten des Erdungsschenkels 36 eines jeden der Meßfühlerelemente erfaßt wird. Daher ergibt sich bezüglich beispielsweise der Stange R aus der Versetzung der allgemein querverlaufenden Kanten der Erhebungen und Vertiefungen der Stange relativ zu den Meßfühlerelementen und der radialen Flußlinien ein Ungleichgewicht der Ausgänge von den zwei Schenkeln eines jeden Elementes, was es bestenfalls schwierig macht, genaue Meßwerte zur Bestimmung der Position, Geschwin­ digkeit und/oder erwünschte Informationen der Richtung bezüg­ lich eines sich bewegenden Gegenstandes zu erhalten.

Wie voranstehend erwähnt, läßt sich ein derartiges Ungleich­ gewicht im Magnetfeld bei der in Fig. 4 dargestellten An­ ordnung durch Hinzufügung von Widerständen an den positiven und negativen Schenkeln der Meßfühlerelemente ausgleichen. Die Verwendung von Widerständen als Ausgleichsanordnung ist jedoch insofern auf einen gegebenen lufterfüllten Abstand und eine gegebene Umgebungstemperatur begrenzt, als daß die Widerstände temperaturempfindlich sind. Es ist weder praktisch, noch wir­ kungsvoll, noch erwünscht zu versuchen, in einer gegebenen Verwendungssituation den lufterfüllten Abstand oder die Um­ gebungstemperatur zu steuern. Überdies hat selbst bei Korrek­ tur des Ungleichgewichtes im Feld unter Verwendung von Wider­ ständen jede Abweichung von den gegebenen Anforderungen bezüg­ lich des lufterfüllten Abstandes und der Umgebungstemperatur eine Ungenauigkeit der Meßwerte zur Folge und erhöht somit die bereits erwähnte Problematik des Signal-Versetzung-Fehlerver­ hältnisses.

In Anbetracht dessen und unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 der Zeichnung verursacht die Anordnung der Flußschiene 22 zwi­ schen der Polfläche des Dauermagneten 12 und den Meßfühler­ elementen 24 und 26 eine Verzerrung des von dem Dauermagneten 12 erzeugten Magnetfeldes, was die Flußlinien in den Bereichen der Schenkel 32 und 34 eines jeden der Meßfühlerelemente 24 und 26 in eine Richtung quer zur Bewegungsrichtung 48 des er­ faßten Gegenstandes lenkt. Dies trägt zum Ausgleich des Mag­ netfeldes im Bereich eines jeden der Meßfühlerelemente 24 und 26 und damit über den Schenkeln 32 und 34 auf radial gegen­ überliegenden Seiten des entsprechenden Erdungsschenkels 36 bei und ergibt damit eine erhöhte Genauigkeit der Meßwerte von den Meßfühlern. Der wichtigste Bereich hinsichtlich der Ver­ zerrung des Magnetfeldes und Ablenkung der Flußlinien auf beschriebene Art und Weise ist der bezüglich Richtung 48 unmittelbar bei den seitlich äußeren Enden der Schenkel 32 und 34 liegende Bereich. Zum Erhalten der erwünschten Querrichtung der Flußlinien in diesem Bereich ist es förderlich, daß die Flußschiene 22 in ihrer Breite in seitlicher Richtung im we­ sentlichen der Breite der Schenkel 32 und 34 der Meßfühler­ elemente entspricht. Ferner ist der erfindungsgemäße Wandler weder auf einen gegebenen lufterfüllten Abstand noch auf eine gegebene Umgebungstemperatur beschränkt.

Wie voranstehend ausgeführt, werden die Ausgangssignale von den Schenkeln 32 und 34 eines jeden der Meßfühlerelemente 24 und 26 an die entsprechende der Differenziervorrichtungen 38 und 40 angelegt, deren Ausgangssignale wiederum an geeignete elektronische Verarbeitungsvorrichtungen 42 und 44 angelegt werden. Natürlich kann die Vorrichtung 42 beispielsweise eine digitale Prozeßsteuerungsvorrichtung, eine Digital/Analog- Signalverarbeitungsvorrichtung oder eine Digital/binärkodierte Dezimalsignal-Verarbeitungsvorrichtung mit Ausgang an die Vorrichtung 44 sein, welche beispielsweise ein Zähler, eine Anzeige, ein Überwachungsinstrument, ein Servoregler oder ein Mikroprozessor sein kann.

Die Verwendung der Flußschiene 22 ermöglicht vorteilhafter­ weise den Vorzusammenbau der magnetfeldempfindlichen Meßfühler 24 und 26 mit der Schiene vor deren Anordnung auf der Pol­ fläche des Magneten 12. Hierbei ist die Anziehungskraft des Magneten 12 so stark und die Meßfühler so zerbrechlich, daß das Anbringen der Meßfühler direkt auf der Polfläche des Mag­ neten, wie es bisher erforderlich war, mit äußerster Vorsicht durchgeführt werden mußte. Ist dies nicht der Fall, verursacht die Anziehungskraft ein derart heftiges Aufschlagen der Meß­ fühler auf der Polfläche, daß die Meßfühler zerbrechen. Durch Anbringung zunächst der Meßfühler auf der Flußschiene bietet die Schiene eine feste Stützfläche für die Meßfühler, was eine derartige Beschädigung bei der Anordung der Flußschiene auf dem Magneten verhindert.

Als repräsentatives Beispiel für die Abmessungen eines gemäß der bevorzugten Ausführungsform hergestellten Wandlers hat der Dauermagnet 12 einen Durchmesser von ca. 0,6125 cm (0,250 Inch) und eine axiale Höhe von ungefähr demselben Maß, und der Innendurchmesser der zylindrischen Wand 14 beträgt ca. 1,225 cm (0,500 Inch) und ihr Außenmaß ca. 1,531 cm (0,625 Inch). Die Flußschiene 22 entspricht in ihrer Länge allgemein dem Durchmesser des Magneten 12 und ihre Breite quer zur Bewe­ gungsrichtung beträgt ca. 0,294 cm (0,120 Inch) und ihre Höhe über der Polfläche 20 des Magneten 12 beträgt ca. 16,46 mm (0,060 Inch). Die Breite der Ferrit-Grundplatte 30 für einen jeden der Meßfühlerelemente 24 und 26 quer zur Richtung 48 beträgt ca. 0,49 cm (0,200 Inch) und die Stärke eines jeden der Meßfühlerelemente einschließlich Grundplatte 30 und dem Material ihrer Schenkel 32, 34, 36 beträgt ca. 0,1715 cm (0,007 Inch). Wie voranstehend beschrieben entspricht die Breite der Flußschiene 22 quer zur Bewegungsrichtung 48 im allgemeinen der Länge der Schenkel 32, 34, 36 der Meßfühler­ elemente, und ein jedes der Meßfühlerelemente hat eine Länge zwischen den Schenkeln 32 und 34 in der Bewegungsrichtung 48 von ca. 0,6 mm (0,025 Inch). Es versteht sich natürlich, daß die Meßfühlerelemente 24 und 26 auf gegenüberliegenden Seiten der Magnetachse 18 gleich beabstandet sind und daß ihre Beab­ standung davon von dem Steigungs- bzw. Höhenabstand P abhängt. Eine bevorzugte Beabstandung beträgt eineinviertel des Stei­ gungs- bzw. Höhenabstandes. Ein praktischer maximaler luft­ erfüllter Abstand für die voranstehend beschriebene Ausfüh­ rungsform beträgt ca. 0,735 mm (0,030 Inch), und die einzige Einschränkung auf einen minimalen lufterfüllten Abstand läge in mechanischer Interferenz zwischen dem Wandler und dem Ge­ genstand.

Eine besondere Verwendungsumgebung für einen Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in der Positionierung und Über­ wachung der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Kolbens oder Stößels einer Metalldruckgußmaschine der Gattung, wie sie im U.S.-Patent Nr. 39 56 973 (POMPLAS) offenbart ist, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme gewürdigt wird. Die Fig. 5 der Zeichnung entspricht der Fig. 1 dieses Patentes und wird hierin kurz in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Wandler beschrieben. Die Fig. 5 zeigt eine Zylinder- und Kol­ benanordnung mit einem Zylinder 56, der die Kolbenkammer 58 zur Aufnahme des Kolbens 60 bildet. Der Kolben 60 ist mit ei­ ner Kolbenstange 62 versehen, die durch eine Öffnung in einem Ende des Zylinders 56 und durch eine Dichtungsstopfbüchse 64 verläuft, welche an diesem Ende des Zylinders befestigt ist. Die Kolbenstange 62 ist mit Abstufungen 66 versehen, die axial auf ihr entlang von dem äußeren Ende der Kolbenstange über ei­ ne Länge auf den Kolben 60 verlaufen, wobei diese Länge einem Hub dieses Kolbens entspricht. Vorzugsweise ist die Kolben­ stange mit einer Hülse 68 aus nichtmagnetischem Material ver­ sehen, die auf der Kolbenstange aufgeschrumpft ist, um die ge­ samte Länge der Abstufungen zu überdecken und eine glatte Oberfläche für die Hin- und Herbewegung der Kolbenstange be­ züglich des Zylinders 56 zu bilden. Die Kolbenstange ist aus magnetisch leitendem Material und die Abstufungen auf ihr mit ihren zwischenliegenden Ausnehmungen bilden wechselnde Zonen unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit entlang der Kol­ benstange.

Der Zylinder 56 hat Flüssigkeitseingangs- und -ausgangslei­ tungen 68 und 70, welche die Kammer 58 mit einem Vorrat hydraulischer Flüssigkeit unter Druck durch ein geeignetes, von einer geeigneten Servoventileinheit 74 gesteuertes Ge­ schwindigkeitssteuerungsventil 72 verbindet. Natürlich ver­ steht es sich, daß der Fluß von unter Druck befindlicher hy­ draulischer Flüssigkeit in die Kolbenkammer abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 60 eine Verschiebung der Kolbenstange 68 nach außen und nach innen relativ zum Zylinder 56 bewirkt, und daß die Geschwindigkeit der Verschiebung der Kolbenstange 68 durch das Ventil 72 gesteuert werden kann. Der erfindungsgemäße Wandler 10 ist auf geeignete Weise auf der Dichtungsstopfbüchse 64 angeordnet und die Meßfühlerelemente erzeugen bei axialer Bewegung der Kolbenstange 68 nach außen und nach innen relativ dazu Ausgangssignale, welche jeweils differenziert und als Eingangssignale an die Steuerungs­ vorrichtung 42 angelegt werden, welche ein Ausgangssignal an das Servoventil 74 gibt. Bei der Verwendung, wenn sich die Kolbenstange 62 axial bewegt, erzeugen die Meßfühler 24 und 26 des Wandlers 10 Impulssignale, die an die Steuerungsvorrich­ tung 42 übertragen werden, wobei diese Impulssignale die Grundlage zur Bestimmung der Position, Geschwindigkeit und/oder Richtung der Verschiebung der Kolbenstange dar­ stellen. In Fig. 5 hat die Steuerungsvorrichtung 42 einen Ausgang an das Servoventil 74, das den Druck der hydraulischen Flüssigkeit innerhalb der Kammer 58 des Zylinders 56 und daher auch die Position des Kolbens und der Kolbenstange 62 steuert. Es versteht sich natürlich, daß die Folge der Impulssignale von den zwei Meßfühlerelementen des Wandlers die Bewegungs­ richtung der Kolbenstange anzeigt und daß die Frequenz der Impulssignale die Geschwindigkeit der Bewegung der Kolben­ stange angibt.

Aufgrund der Härte und der sich daraus ergebenden Schwierig­ keit der spanabhebenden Bearbeitung von Samariumkobalt ist es bei der Verwendung dieses Materials für den Dauermagneten be­ vorzugt, die Flußschiene als getrenntes Element auszuführen, das auf der ebenen Polfläche des Magnet wie beschrieben ange­ ordnet wird. Die erwünschte Verzerrung des Magnetfeldes des Magneten in den Bereichen der Meßfühler auf gegenüberliegenden Seiten der Magnetachse jedoch läßt sich durch Ausbildung des Polflächenendes des Dauermagneten mit einem Ende in Form einer integralen Flußschiene erzielen, wie es in Fig. 6 der Zeich­ nung dargestellt ist. Im einzelnen hat hierbei der Dauermagnet 76 in Fig. 6 einen kreisförmigen Grundplattenabschnitt 78, der eine Magnetachse 80 bildet, und radial nach innen und nach außen verjüngte Flächen 82 auf seitlichen gegenüberliegenden Seiten des Magneten bezüglich der Richtung der relativen Be­ wegung 84 zwischen dem Wandler und einem zu erfassenden Ge­ genstand. Das obere Ende des Magneten 76 läuft in einer Schie­ nenanordnung aus, die vertikale Seitenwände 86, von den ent­ sprechenden Abschnitten der äußeren Oberfläche des kreis­ förmigen Magneten gebildete Endwände 88 sowie eine ebene Polfläche 90 quer zur Achse 80 aufweist. Die magnetfeld­ empfindlichen Meßfühlerelemente 92 und 94, die in ihrer Struktur den voranstehend beschriebenen Meßfühlerelemente 24 und 26 entsprechen können, sind auf der Polfläche 90 auf ge­ genüberliegenden Seiten der Magnetachse 80 bezüglich der Rich­ tung der relativen Verschiebung 84 befestigt. Auf der Grund­ lage der voranstehend angegebenen Abmessungen bezüglich des Wandlers 10 hätte der Grundplattenabschnitt 78 des Magneten 76 einen Durchmesser von ca. 0,6125 cm (0,250 Inch) und eine axiale Höhe zur Polfläche 90 von ca. 0,7595 cm (0,310 Inch), und die Breite des schienenförmigen oberen Endabschnittes be­ trüge zwischen den Seitenwänden 86 ca. 2,94 mm (0,120 Inch) und seine Höhe entlang der Seitenwände 86 wäre ca. 1,47 mm (0,060 Inch), und eine Länge in der Richtung 84 entsprechend dem Durchmesser des Grundplattenabschnittes 78. Die Meßfühler 92 und 94 hätten Abmessungen wie voranstehend bezüglich der Meßfühler 24 und 26 beschrieben. Es versteht sich, daß bei der Verwendung das flußschienenförmige obere Ende des Magneten 76 das Magnetfeld des Magneten in den Bereichen der Meßfühler 92 und 94 verzerrt, um die Flußlinien auf eine Querrichtung re­ lativ zur Bewegungsrichtung 84 abzulenken und damit das über beiden Schenkeln liegende Feld einer jeden der Meßfühlvorrich­ tungen auszugleichen.

Obgleich hier die Strukturen und strukturellen Zusammenhänge zwischen den Komponententeilen der bevorzugten Ausführungs­ formen besonders hervorgehoben wurden, versteht es sich, daß andere Ausführungsformen der Erfindung hergestellt werden können und daß Änderungen an den hierin dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne daß dabei von den Prinzipien der Erfindung abgegangen wird. Dies bezüglich lassen sich beispielsweise Hallgeneratoren für die magnetfeldempfindlichen Meßfühler verwenden, wobei der Hauptnachteil die zusätzliche Zahl von Drähten ist, die be­ züglich der bevorzugten Meßfühler mit magnetischen Silizium- Widerstände erforderlich sind. Als weiteres Beispiel könnte der Dauermagnet quadratisch anstatt rund ausgebildet sein. Obgleich ein quadratischer Magnet die Richtung der Flußlinien in den Bereichen der Meßfühlerelemente auf gegenüberliegenden Seiten der Magnetachse in gewissen Maße verbessern würde, ist dennoch die Flußschienenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich, um ein ausgeglichenes Magnetfeld über die gesamte Länge eines jeden der Meßfühlerelemente in Rich­ tung der relativen Bewegung zwischen dem Wandler und dem zu erfassenden Gegenstand zu erhalten. Es versteht sich gleich­ falls, daß der Dauermagnet auch aus einem anderen Material als dem bevorzugten Samariumkobalt hergestellt sein kann, und daß der Magnet, die Flußschiene und das Gehäuse auf andere Weise als voranstehend im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausfüh­ rungsformen beschrieben angeordnet und dimensioniert sein können. Es versteht sich weiterhin, daß der Wandler in Ver­ bindung mit anderen beweglichen Gegenständen als Schienen, wie z. B. Zahnrädern, oder anderen Gegenständen verwendet werden kann, die abwechselnde Zonen unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit in Richtung der Erfassung aufweisen oder mit ihnen versehen sind. Diese und weitere Modifikationen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung werden dem Fachmann beim Studium der voranstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen vorgeschlagen oder sind ihm hierbei offen­ sichtlich, wobei es klar zu verstehen ist, daß das hierin Beschriebene lediglich zur Darstellung der vorliegenden Erfindung dient und keine Einschränkung dieser darstellt.

Claims (23)

1. Wandler zur Erzeugung elektrischer Impulssignale in Reaktion auf eine Bewegung eines Gegenstands mit abwech­ selnden Zonen unterschiedlicher magnetischer Leitfähig­ keit relativ zu diesem, bestehend aus einer Dauermagnet­ vorrichtung (12) mit einer Achse (18) und einem Ende, das dem Gegenstand zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ende eine Feldablenkvorrichtung (22) zur Verzer­ rung des Magnetfeldes der Dauermagnetvorrichtung (12) auf gegenüberliegenden Seiten der Achse (18) bezüglich der Richtung (48) der relativen Bewegung zwischen dem Gegen­ stand und dem Wandler umfaßt, und ersten (24) und zweiten (26) magnetfeldempfindlichen Meßfühlervorrichtungen auf der Feldablenkvorrichtung (22), wobei die erste Meßfüh­ lervorrichtung (24) von der Achse (18) auf einer der ge­ genüberliegenden Seiten von ihr versetzt ist, und die zweite Meßfühlervorrichtung (26) von der Achse (18) auf der anderen ihrer gegenüberliegenden Seiten versetzt ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldablenkvorrichtung (22) eine Schiene aus ferromagneti­ schem Material ist, die getrennt von der Magnetvorrich­ tung (12) ausgebildet und auf ihr befestigt ist.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetvorrichtung (12) eine Abmessung in Richtung (48) der relativen Bewegung hat, und die Länge der Feldab­ lenkvorrichtung (22) in der Richtung im wesentlichen gleich dieser Abmessung ist und ihre Breite quer zur Richtung ca. die Hälfte dieser Abmessung beträgt.

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldablenkvorrichtung (22) eine Höhe von ca. einem Viertel dieser Abmessung hat.

5. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnetvorrichtung (12) ein Samarium-Kobalt-Magnet ist.

6. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine jede der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen (24, 26) Meßfühlerelementvorrichtungen mit magnetischen Silizium-Widerständen umfaßt.

7. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beieinanderliegende Zonen unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit auf dem Gegenstand einen Steigungs- bzw. Höhenabstand festlegen, eine jede der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen (24, 26) eine Mitte in dieser Richtung hat, und die Mitten der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen (24, 26) gleich von der Achse beabstandet sind und voneinander über einen Abstand von eineinviertel dieses Steigungs- bzw. Höhenabstandes beabstandet sind.

8. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldablenkvorrichtung (22) ein integraler Teil der Dauermagnetvorrichtung (12) ist.

9. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldablenkvorrichtung (22) eine Schiene aus ferromag­ netischem Material ist, die getrennt von dem Ende aus­ gebildet und auf ihm angeordnet ist, wobei die Magnet­ vorrichtung eine Abmessung in der Richtung der relativen Bewegung hat, und die Länge der Schiene in der Richtung im wesentlichen dieser Abmessung entspricht und ihre Breite quer zu der Richtung ca. die Hälfte dieser Ab­ messung beträgt.

10. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene eine Höhe von ca. einem Viertel dieser Abmessung hat.

11. Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnetvorrichtung (12) ein Samarium-Kobalt-Magnet ist.

12. Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine jede der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen (24, 26) Meßfühlerelementvorrichtungen mit magnetischen Silizium-Widerständen umfaßt.

13. Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beieinanderliegende Zonen unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit auf dem Gegenstand einen Steigungs- bzw. Höhenabstand festlegen, eine jede der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen (24, 26) eine Mitte in dieser Richtung hat, und die Mitten der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen (24, 26) gleich von der Achse beabstandet sind und voneinander in einem Abstand von eineinviertel dieses Steigungs- bzw. Höhenabstandes angeordnet sind.

14. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnetvorrichtung (12) eine Abmessung in der Rich­ tung der relativen Bewegung hat und die Feldablenkvor­ richtung (22) ein integraler Teil der Magnetvorrichtung ist und ihre Länge in dieser Richtung dieser Abmessung entspricht, und ihre Breite quer zu dieser Richtung ca. die Hälfte dieser Abmessung beträgt.

15. Wandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldablenkvorrichtung eine Höhe von ca. einem Viertel dieser Abmessung hat.

16. Wandler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnetvorrichtung (12) ein Samarium-Kobalt-Magnet ist.

17. Wandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine jede der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen (24, 26) eine Meßfühlerelementvorrichtung mit magne­ tischen Silizium-Widerständen umfaßt.

18. Wandler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß beieinanderliegende Zonen unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit auf dem Gegenstand einen Steigungs- bzw. Höhenabstand festlegen, eine jede der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen (24, 26) eine Mitte in dieser Richtung hat, und die Mitten der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen (24, 26) von der Achse gleich beabstandet sind, und voneinander in einem Abstand von eineinviertel dieses Steigungsabstandes angeordnet sind.

19. Verwendung eines Wandlers gemäß einem oder mehreren der voraufgehenden Ansprüche an einer Zylinder- und Kolbenan­ ordnung einer Metalldruckgußmaschine mit einem Zylinder mit einer Achse, einem axial in dem Zylinder mittels Flüssigkeitsdruckvorrichtungen hin- und herbewegbaren Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Kolben verbundene Kolbenstange aus magnetischem Material ist und eine Umfangsfläche mit axial beabstandeten Nuten auf­ weist, die Oberfläche und Nuten mit einem nichtmagne­ tischem Material abgedeckt sind, das eine glatte Abnut­ zungsfläche für die Kolbenstange bildet, und daß die Wandlervorrichtung zur Erzeugung elektrischer Impuls­ signale in Reaktion auf die Bewegung der Nuten an der Wandlervorrichtung vorbei angeordnet ist, wobei die Wandlervorrichtung aus einer Dauermagnetvorrichtung mit einer Achse und einem Ende besteht, welches quer zu die­ ser Achse angeordnet und der Abnutzungsoberfläche zuge­ kehrt ist, eine Flußplattenvorrichtung aus ferromagneti­ schem Material auf dem Ende der Magnetvorrichtung zur Verzerrung des Magnetfeldes der Dauermagnetvorrichtung auf gegenüberliegenden Seiten der Achse in Richtung der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange aufweist, und erste und zweite magnetfeldempfindliche Meßfühlervorrichtungen auf der Plattenvorrichtung angeordnet sind, wobei die erste Meßfühlervorrichtung von der Achse auf einer ihrer gegenüberliegenden Seiten versetzt ist, und die zweite Meßfühlervorrichtung von dieser Achse auf der anderen ihrer gegenüberliegenden Seiten versetzt ist.

20. Zylinder- und Kolbenanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnetvorrichtung einen kreisförmigen Querschnitt quer zur Achse hat, und daß die Länge der Flußplattenvorrichtung in dieser Richtung im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Magnetvorrichtung ist, ihre Breite quer zu der Richtung ca. ein Viertel dieses Durchmessers ist und ihre Höhe über dem Ende ca. die Hälfte dieses Durchmessers beträgt.

21. Zylinder- und Kolbenanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Meßfühler­ vorrichtung je eine Meßfühlerelementvorrichtung mit mag­ netischen Silizium-Widerständen aufweist.

22. Zylinder- und Kolbenanordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnetvorrichtung ein Samarium-Kobalt-Magnet ist.

23. Zylinder- und Kolbenanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den entsprechen­ den Enden der beieinanderliegenden Nuten der Kolbenstange einen Steigungs- bzw. Höhenabstand festlegen, eine jede der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtungen eine Mitte in dieser Richtung hat, und die Mitten der ersten und zweiten Meßfühlervorrichtung gleich von dieser Achse beabstandet sind und voneinander in einem Abstand von eineinviertel dieses Steigungs- bzw. Höhenabstandes angeordnet sind.