EP0205754A2 - Kern auf ferromagnetischem Material für induktive Weggeber - Google Patents
Kern auf ferromagnetischem Material für induktive Weggeber Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a core made of ferromagnetic material for inductive displacement sensors.
- Such position sensors have proven themselves to a great extent in the measurement and evaluation of the smallest distances, but also longer distances. They allow a direct measurement of paths and derived from them, also the measurement of other physical quantities that can be traced back to length measurements, such as force and acceleration.
- differential transformers or differential chokes have proven themselves as inductive displacement transducers, but also as position switches.
- the core of such known displacement transducers is very closely coupled to the coil system in those applications in which little or no pressure resistance requirements are required, i.e. the air gap between the core and the coil body is approximately 0.5-1 mm, the core diameter being 5-7 mm.
- a non-magnetic pressure pipe must be attached between the core and the coil system.
- the practical pressure pipe diameters are 6 -7 mm with a wall thickness of approx. 1 mm. This limits the core diameter that can be used to approx. 3-4 mm.
- the core of known differential transformers consists of a highly permeable, specially treated material, for example made of "Mumetall” or of a trained ferrite core which is difficult to machine.
- This core is designed as a solid cylinder and changes the coupling between the primary coil and the two secondary coils in the opposite direction during its axial displacement.
- These cores are usually connected to a guide rod made of non-magnetic material by means of an adhesive connection or a threaded connection. To do this, either an extension must be screwed onto the guide rod to match the inner diameter of the core bore, or a thread must also be cut to match the core thread.
- the guide rod e.g. the extension of an actuator e.g. Solenoid or valve
- the starting position of the actuator is assigned to a specific output voltage of the displacement sensor with respect to a position of the flange.
- This position-voltage assignment can fluctuate considerably due to mechanical tolerances in the design of the actuator (solenoid, valve).
- By moving the soft iron core to a fixed dimension with respect to the corresponding flange position these tolerances could be compensated.
- a threaded connection this can be done by twisting the core and then fixing it with a lock nut or locking lacquer, whereas with an adhesive connection this effort is quite considerable, since fixing is necessary until the adhesive has hardened. In most cases it is no longer possible to loosen the core.
- ferrite cores with suitable dimensions can only be supplied to a limited extent; in the case of special designs, only with very large quantities, whereby longer cores have to be composed of individual cores.
- larger tolerances in the magnetic properties of the overall core must be accepted.
- the invention has for its object to provide a ferromagnetic core for position transducers, in particular for differential transformers, differential chokes and for position switches, which provides reproducible output values without mechanical processing and final annealing, allows attachment with a guide rod without additional mechanical processing of the guide rod, and easy displacement allowed to compensate for length tolerances.
- the core designed according to the invention consists of a wound electrical steel sheet made of dynamo sheet.
- the strip sections used for this purpose only require deburring of all edges and the production can be carried out with high reproducibility of the electromagnetic material properties, since no further mechanical processing is required.
- the winding core is dimensioned so that the sheet can still spring open a little while forming the slot, and this manufacture results in high accuracies with regard to the dimensional accuracy of the electrical sheet, without additional processing.
- the invention has the advantage that a very large number of different types of electrical sheet are available, so that the core material is cheaper and easier to obtain.
- the slot will generally be arranged to run along a surface line.
- the finished core 10 consists of a sleeve-like body 12 with a slot 16 extending along a surface line.
- the slotted sleeve 12 is expediently wound in parallel from a sheet-metal strip section 14 on a multi-core mandrel, the outside diameter of which is somewhat smaller than the inside diameter of the finished core, which is determined according to the Winding up slightly springs open.
- the core does not require any mechanical processing. It is only a requirement that all edges of the sheet metal strip section 14 are free of degrees.
- the sleeve 10 can be clamped onto an actuating rod, not shown, made of non-ferromagnetic material, which as an actuator e.g. serves for a solenoid valve.
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Abstract
Der Kern besteht aus einer aus einem Blechband aufgewickelten Hülse 12, die einen durchgehenden Schlitz 16 aufweist und auf eine nicht ferromagnetische Führungsstange reibungsschlüssig aufklemmbar ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Kem aus ferromagnetischem Material für induktive Weggeber.
- Derartige Weggeber haben sich im großen Umfange bei der Messung und Auswertung kleinster Entfernungen, aber auch größeren Strecken, bewährt. Sie erlauben eine direkte Messung von Wegen und daraus abgeleitet, auch die Messung anderer physikalischer Größen, die auf Längenmessungen zurückgeführt werden können, beispielsweise Kraft und Beschleunigung. Insbesondere haben sich Differentialtransformatoren bzw. Differentialdrosseln als induktive Wegaufnehmer, aber auch als Stellungsschalter, bewährt.
- Der Kem derartiger bekannter Wegaufnehmer ist in den Anwendungsfällen, in denen keine oder nur geringe Anforderungen an Druckfestigkeit gefordert ist sehr eng an das Spulensystem gekoppelt, d.h. der Luftspalt zwischen Kern und Spulenkörper beträgt ca. 0,5 -1 mm, wobei der Kemdurchmesser bei 5 -7 mm liegt. Bei Anwendungen, z.B. im Hydraulikbereich, wo die Arbeitsdrücke bei 350 bar liegen, muß zur Trennung ein nichtmagnetisches Druckrohr zwischen Kern und Spulensystem angebracht werden. Bei den angegebenen Druckverhältnissen von ca. 350 bar liegen die praktikablen Druckrohrdurchmesser bei 6 -7 mm bei einer Wandstärke von ca. 1 mm. Hierdurch wird der einsetzbare Kemdurchmesser auf ca. 3 -4 mm begrenzt..
- Der Kern bekannter Differentialtransformatoren besteht aus einem hochpermeablen, speziell behandelten Material, beispielsweise aus "Mumetall" oder aus einem ausgebildeten Ferritkem, der - schwer zu bearbeiten ist.
- Dieser Kern ist als massiver Zylinder ausgebildet und ändert bei seiner Axialverschiebung die Kopplung zwischen der Primärspule und den beiden Sekundärspulen in entgegengesetzter Richtung.
- Beim Einsatz hochpermeabler Kerne wie z.B. "Mumetall" ist es möglich, durch genaue mechanische Bearbeitung wie z.B. Drehen oder Schleifen, die gewünschte geometrische Genauigkeit zu erhalten. Durch die mechanische Bearbeitung ändern sich jedoch auch die magnetischen Eigenschaften wie z.B. die Permeabilität des Kemmaterials. Diese Änderungen der magnetischen Eigenschaften sind abhängig vom Anfangszustand und von der Stärke der mechanischen Bearbeitung des Kemmaterials. Hierdurch treten große Toleranzen der magnetischen Eigenschaften auf. Um dies zu reduzieren, ist unabhängig von der Art des vorher durchgeführten Bearbeitungsvorganges eine Schlußwärmebehandlung notwendig, welche üblicherweise im Schutzgas bzw. im Vakuum durchgeführt werden muß (Dauer ca. 2 -5 Std.), wobei die Abkühlphase mit einer definierten Abkühlgeschwindigkeit erfolgen muß.
- Danach darf keine weitere mechanische Bearbeitung des Kerns erfolgen.
- Üblicherweise werden diese Kerne durch eine Klebeverbindung oder eine Gewindeverbindung mit einer Führungsstange aus nichtmagnetischem Material verbunden. Hierzu muß an der Führungsstange entweder ein Ansatz, passend zum Innendurchmesser der Kembohrung angedreht werden bzw. es muß ein Gewinde ebenfalls passend zum Kemgewinde geschnitten werden.
- Dies ist aufgrund der kleinen Durchmesser von ca. 2 -3 mm bzw. M 2-Gewinde sehr aufwendig, insbesondere bei längeren Kemlängen.
- Ist die Führungsstange z.B. die Verlängerung eines Stellgliedes z.B. Magnet bzw. Ventil, ist es erforderlich, daß die Anfangsposition des Stellgliedes, dessen Position erfaßt werden soll, bezüglich einer Ftanschposition einer bestimmten Ausgangsspannung des Wegaufnehmers zugeordnet ist. Durch mechanische Toleranzen im Aufbau des Stellgliedes (Magnet, Ventil), kann diese Positions-Spannungszuordnung erheblich schwanken. Durch Verschieben des Weicheisenkemes auf ein Fixmaß bezüglich der entsprechenden Flanschposition, könnten diese Toleranzen ausgeglichen werden. Bei einer Gewindeverbindung kann dies durch Verdrehen des Kernes und anschließendes Fixieren mittels Kontermutter oder Sicherungslack erfolgen, wohingegen bei einer Klebeverbindung dieser Aufwand recht erheblich ist, da hierbei eine Fixierung bis zum Aushärten des Klebers notwendig ist. In den meisten Fällen ist hierbei ein Lösen des Kernes nicht mehr möglich.
- Beim Einsatz von rohrförmigen Ferritkemen mit 3 -4 mm Durchmesser, ist aufgrund der leichten Bruchgefahr eine mechanische Bearbeitung nur mit erheblichem Aufwand durchführbar.
- Ferritkerne mit geeigneten Abmessungen sind jedoch nur beschränkt lieferbar, bei Sonderanfertigungen nur bei sehr großen Abnahmemengen, wobei längere Kerne aus Einzelkernen zusammengesetzt werden müssen. Hierbei müssen jedoch aufgrund der unterschiedlichen Luftspalte größere Toleranzen der magnetischen Eigenschaften des Gesamtkemes in Kauf genommen werden.
- Die Befestigung derartiger Ferritkerne mit der Führungsstange ist bedingt durch die größeren mechanischen Toleranzen erheblich aufwendiger, da die Bruchgefahr, insbesondere bei längeren Kernen sehr groß ist. Gängig ist hierbei eine Klebeverbindung wie bei den Massivkernen. Hierbei ist auch eine genaue Führung der Führungsstange notwendig, damit keine Berührung des Ferritkernes, z.B. mit einem metallischem Druckrohr erfolgen kann, wobei unter Umständen Teile des Ferritkemes abbrechen und Folgeschäden auslösen könnten.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ferromagnetischen Kern für Weggeber , insbesondere für Differentialtransformatoren, Differentialdrosseln sowie für Stellungsschalter zu schaffen, der ohne mechanische Bearbeitung und Schlußglühen reproduzierbare Ausgangswerte liefert, eine Befestigung mit einer Führungsstange ohne zusätzliche mechanische Bearbeitung der Führungsstange erlaubt sowie eine einfache Verschiebbarkeit zum Ausgleich von Längentoleranzen gestattet.
- Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der erfindungsgemäß ausgebildete Kern aus einem aufgewickelten Elektroband aus Dynamoblech. Die zu diesem Zweck benutzten Bandabschnitte erfordern lediglich eine Entgratung aller Kanten und die Herstellung kann mit hoher Reproduzierbarkeit der elektromagnetischen Werkstoffeigenschaften erfolgen, da keine weitere mechanische Bearbeitung erforderlich ist. Der Wickelkern ist dabei so bemessen, daß das Blech unter Bildung des Schlitzes noch ein Stück auffedem kann und es ergeben sich durch diese Herstellung hohe Genauigkeiten hinsichtlich der Maßhaltigkeit des Elektrobleches und zwar ohne zusätzliche Bearbeitung. Dadurch, daß der Innendurchmesser des gerollten Elektrobleches kleiner ist als der entsprechende Außendurchmesser des Wickelkerns, ergibt sich eine einfache, preiswerte und zuverlässige Befestigungsmöglichkeit, denn beim Aufpressen auf die nichtferromagnetische Betätigungsstange ergibt sich eine Klemmbefestigung, wobei gleichzeitig eine definierte Schlitzbreite gewährleistet ist.
- Durch die vorstehend beschriebene Befestigungsart können je nach Einpreßtiefe Maßtoleranzen anderer Teile bzw. Baugruppen ausgeglichen werden bzw. kann hierdurch ein Nullabgleich durchgeführt werden (z.B. bei Proportionalmagneten).
- Außerdem ergibt sich durch die Erfindung der Vorteil, daß eine sehr große Zahl unterschiedlicher Elektroblecharten zur Verfügung steht, so daß das Kernmaterial billiger und leichter beschaffbar wird.
- Aus Herstellungsgründen wird der Schlitz im allgemeinen längs einer Mantellinie verlaufend angeordnet werden.
- Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem Differentialtransformator-Wegaufnehmer als bevorzugtem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es ist jedoch möglich, den Magnetkern auch für andere Magnetkreise einzusetzen wo vergleichbare Bedürfnisse vorliegen.
- Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1 eine radiale Ansicht des erfindungsgemäß ausgebildeten Kerns;
- Fig. 2 eine axiale Ansicht des Kerns gemäß Fi. 1;
- Fig. 3 eine Ansicht des Blechbandabschnittes, aus dem der Kem gemäß Fig. 1 und 2 aufgewickelt ist.
- Der fertige Kern 10 besteht aus einem hülsenartigen Körper 12 mit einem längs einer Mantellinie durchgehenden Schlitz 16. Die geschlitzte Hülse 12 ist zweckmäßigerweise aus einem Blechbandabschnitt 14 parallel auf einem Wickeidorn aufgewickelt, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des fertigen Kerns, der nach dem Aufwickeln etwas auffedert. Der Kern bedarf keinerlei mechanischen Bearbeitung. Es ist lediglich Voraussetzung, daß sämtliche Kanten des Blechbandabschnittes 14 gradfrei sind.
- Die Hülse 10 ist auf eine nicht dargestellte Betätigungsstange aus nicht ferromagnetischem Material aufklemmbar, die als Stellglied z.B. für ein Magnetventil dient.
Claims (8)
1. Kern aus ferromagnetischem Material für induktive Weggeber,
dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem hülsenartigen Körper (12) mit einem axial durchgehenden Schlitz (16) besteht.
dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem hülsenartigen Körper (12) mit einem axial durchgehenden Schlitz (16) besteht.
2. Kern nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (16) längs einer Mantellinie des von der Hülse (12) gebildeten Zylinders verläuft.
dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (16) längs einer Mantellinie des von der Hülse (12) gebildeten Zylinders verläuft.
3. Kern nach einem der Ansprüche 1 und 2.
dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem auf einem Kern aufgewickelten Dynamoblech besteht.
dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem auf einem Kern aufgewickelten Dynamoblech besteht.
4. Kern nach einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus mehreren Lagen dünnerem Dynamoblech besteht, wobei die Lagen gegeneinander isoliert sind.
dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus mehreren Lagen dünnerem Dynamoblech besteht, wobei die Lagen gegeneinander isoliert sind.
5. Kern nach einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere hülsenartige Körper übereinandergeschoben sind, deren Schlitze gegeneinander versetzt sind.
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere hülsenartige Körper übereinandergeschoben sind, deren Schlitze gegeneinander versetzt sind.
6. Kem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstärke klein gegenüber dem Durchmesser der Hülse (12) ist.
dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstärke klein gegenüber dem Durchmesser der Hülse (12) ist.
7. Kern nach den Ansprüchen 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Elektroband nach DIN 46 400 mit einer Längenabmessung von ca. 31 mm, einer Breitenabmessung von 10,2 mm und einer Dicke von 0,5 mm dient, wobei das Band auf einen Wickeldom mit einem Durchmesser von 2,7 mm aufgewickelt und auf einen Innendurchmesser von maximal 2,75 mm aufgefedert ist.
dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Elektroband nach DIN 46 400 mit einer Längenabmessung von ca. 31 mm, einer Breitenabmessung von 10,2 mm und einer Dicke von 0,5 mm dient, wobei das Band auf einen Wickeldom mit einem Durchmesser von 2,7 mm aufgewickelt und auf einen Innendurchmesser von maximal 2,75 mm aufgefedert ist.
8. Verwendung eines Kerns nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für einen Weggeber mit Differentialtransformator, dessen Primärwicklung mit einer Wechselspannung gespeist wird und dessen in Serie geschaltete Sekundärspulen als stellungsabhängiges Ausgangssignal eine Differenzspannung liefern.
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| DE3507585 | 1985-03-04 | ||
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