DE4121724A1 - Pulse transducer mfr. method - producing alternating regions of different magnetic properties on component by structural heat treatment - Google Patents
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Abstract
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.The invention relates to a method for producing a pulse sensor for a sensor of a device for non-contact detection sen of impulses with magnetic means.
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.Such a device can for example for the speed or Angle of rotation measurement can be used. The US-PS 46 67 156 shows one Device in which an Im. On the outer ring of a rolling bearing pulse generator is plugged in and fastened there, on its outer circumference there are teeth. A sensor is adjacent to this pulse generator, so that when the pulse generator rotates, the teeth pass the sensor be moved. The pulse generator has in the direction of movement with Teeth a number of areas whose electromagnetic under different properties are detected by the sensors. The metalli cal pulse generator can be designed so that the teeth are magnetic are conductive, while the interdental spaces do not have this property exhibit.
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.Such a pushed-on toothed ring as a pulse generator has the disadvantage that multiple parts and the common fit of the parts worked and have to be put together. In addition, the radial or Axial runout of the surfaces against which the sensor measures a certain Do not exceed th value, so it must be kept small.
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.EP-OS 03 95 892 describes a radial roller bearing with a device Known for contactless detection of pulses in which a bearing ring a flange with one behind the other in the circumferential direction Has recesses. This flange is one flange of the other Bearing ring arranged adjacent, which holds a sensor. The out However, leadership has the disadvantage that the ver with the recesses see, acting as a pulse generator specially shaped and must be processed so that the recesses as magnetically ineffective me areas arise.
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.The invention has for its object a method of manufacture to specify a compact pulse generator of small dimensions, the magnetic marking attached in a simple manufacturing process can be.
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.This object is achieved in that on a building Some areas of different permeability and / or Remanence generated by heat treatment with structural transformation will.
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.For the determination of an angular velocity can be used as a pulse generator advantageously a counting ring made of steel, the latter Areas of different magnetic properties each in equidistant from each other.
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.If a bearing ring of a rolling bearing ver as such a pulse generator is applied, this results in a signature of the bearing ring, the can advantageously be carried out with laser beams. By local limited transformation of the structure can be done, for example, a magne table effective counting area on a used as a pulse generator Generate the bearing ring of a rolling bearing. The rolling bearing ring can, for example wise made of an austenitic, non-magnetic steel be, the surface of which is initially carburized so that a martensitic, i.e. magnetically effective layer is created. In this layer is then partially laser-irradiated such metallurgical transformations that there again Austenitic, non-magnetic structure is created. A limited ab In this way, the section of the rolling bearing receives that for a counting ring necessary magnetic properties, which makes the otherwise usual grooved counting ring is eliminated and therefore no additional space needs.
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.According to the method according to the invention can therefore be used as a pulse generator Component made of an austenitic, non-magnetic steel be, the edge layer by carburizing, shot peening and / or Frozen initially completely converted into a martensitic magnetic structure is converted, followed by a localized heat action areas of austenitic, non-magnetic structure be formed. It is also possible to use the pulse generator from one austenitic, non-magnetic steel at intervals in a row areas that should remain non-magnetic, using masks or Protective coatings to prevent the passage of carbon or nitrogen and then cover the component by opening coal of the remaining free surfaces in the ferromagnetic state bring.
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. As a rolling bearing ring made of austenitic stainless steel both by the material price as well as by the considerable heat treatment Costs due to carburizing can be very expensive the same principle as a pulse generator also advantageous Component made of a normal magnetic roller bearing steel so hardened and be tempered to initially have a low austenite content of about 10%. Thereafter, by localized heat act in spaced areas with strong increased residual austenite content. The localized heat action on the component for generating the metallurgical marking can advantageously be generated by laser radiation. It will achieved by the possible, very high maximum temperature, which is clearly is higher than the usual austenitizing temperature, and by the extreme cooling of the small, hot zone by the surrounding cold Material. The magnetic marking of a thus generated A pulse generator made of normal magnetic roller bearing steel has one significantly simpler manufacturing process than the treatment of Austenitic, non-magnetic steel component.
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.Own chip produced by marking with laser radiation These can be matched by appropriate coordination between position and size the affected zones are rendered ineffective. It is also possible, the counting ring area by a suitable material weakening of the Separate the rolling bearing area of the component.
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.In the case of components made of austenitic steels, the Process the areas that are not diffused by carbon and / or nitrogen to be hardened on the surface by means of Masks or coatings that are an interface or passage hinder the reaction of carbon or nitrogen. There is no carburizing below the covered areas instead of. They remain stable austenitic even at lower temperatures and therefore paramagnetic. By contrast, they are not due to the carburization covered areas ferromagnetic.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen im folgenden erläutert. Es zeigen schematisch:The invention is explained below with reference to the drawings. It show schematically:
Fig. 1 einen festen Sensor in der Nähe eines beweglichen Impulsge bers, der sich in einer ersten Stellung befindet; Figure 1 shows a fixed sensor in the vicinity of a movable Impulsge bers, which is in a first position.
Fig. 2 den Sensor mit dem Impulsgeber, der sich in einer zweiten Stellung befindet. Fig. 2 shows the sensor with the pulse generator, which is in a second position.
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.A pulse generator 1 has a plurality of successively arranged areas 2 with martensite structure with mixed carbides and several between the preparation chen 2 areas 3 located on with austenitic structure. Arranged adjacent to the pulse generator 1 are a magnet 4 and a sensor 5 for detecting the periodically changing magnetic flux density. This depends on whether an area 2 with a martensite structure or an area 3 with an austenite structure of the pulse generator 1 is adjacent to the sensor 5 .
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.Due to the field strength of the magnet 4 , there are magnetic field lines 6 , in the area of which the pulse generator 1 partially projects. If the sensor 5 is now adjacent to a region 2 of the pulse generator 1 with the magnetic martensite structure, the magnetic induction increases, which is illustrated by the larger number of field lines 6 in FIG. 2. This high induction is taken up by the sensor 5 , which then emits a signal.
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.If the pulse generator 1 now moves so that the sensor 5 is a region 3 with a non-magnetic austenite structure, the induction decreases, which is shown by the smaller number of magnetic field lines 6 in Fig. 1. This decreased value of the induction can no longer cause the sensor 5 to emit a signal.
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.By periodically approaching areas 2 with magnetic Marten sit structure on the magnet 5 during the movement of the pulse generator 1 can be determined in this way, for example, the speed of the pulse generator 1 or its speed via the number of signals emitted by the sensor 5 in the time unit.
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