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Bosch Norm  3 139 918 950

Leider ist es aus urheberrechtlichen Gründen nicht möglich, die Bosch Norm 3 139 918 950 wörtlich wiederzugeben. Wir geben hier deshalb eine erheblich erweiterte Version wieder, die im Wesentlichen der Beschreibung in der Bedienungsanleitung des Robograph 2 entspricht.

Die Bosch Norm 3 139 918 950 ist eine Prüfvorschrift zur zerstörungsfreien Flussmessung von hartmagnetischen Magnetsegmenten aus Ferrit für Kleinmotore. Mit dieser Messung werden fertige Magnetsegmente nach der Produktion stichprobenartig auf ihre Qualität getestet.

Dieser Prüfvorschrift liegt der Gedanke zugrunde, dass im Motor nur der tatsächliche magnetische Fluss entscheidend ist, und nicht wie dieser zustande gekommen ist. In den Fluss gehen ein: Länge, Breite und Dicke des Segmentes, die Remanenzinduktion B_r des Ferritmaterials sowie die radiale Ausrichtung innerhalb des Segmentes. Die Flussmessung wird als Hysteresemessung durchgeführt, da es im Motor nicht nur auf den Remanenzfluss Φ^*_R sondern insbesondere auf die Stabilität des Flusses unter Einfluss von Gegenfeldern ankommt. Aus der Hysteresekurve werden 2 oder 3 Zahlenergebnisse abgeleitet, so dass die ganze Arbeitskennlinie des Magneten im Motor geprüft wird. Diese Zahlenwerte werden mit Grenzwerten verglichen.

Zur Prüfung des Magnetsegmentes wird ein Messeinsatz benötigt, der die Verhältnisse im Motor möglichst genau annähern soll. Der Messeinsatz enthält einen hochgenauen Luftspalt zwischen zwei Weicheisenradien. Der größere untere Radius, auf dem das Segment aufliegt, entspricht dem Innenradius des Motorgehäuses. Der kleinere obere Radius entspricht dem Radius des Rotors. Zwischen dem Magnet und dem oberen Radius befindet sich standardmäßig ein Luftspalt von 0,7 mm.

Das Magnetsegment ist von einer Flussmessspule mit der Windungszahl n umgeben, die im oberen Teil des Messeinsatzes liegt, und füllt den Luftspalt im Messeinsatz nur auf einem Teil der Länge aus. Hinter dem Magnetsegment befindet sich mittig im Luftspalt eine Hallsonde zur Messung der Feldstärke.

Um die Flussmessung durchzuführen, wird der Messeinsatz in das Magnetisierjoch gesetzt und das Joch ohne Kraftaufwand zugedreht. Dann wird die Messspule des Messeinsatzes angeschlossen und die Hallsonde mit dem Plastikdeckel nach oben zusammen mit der Halterung eingeschoben und mit der Rändelschraube festgeklemmt. Es ist darauf zu achten, dass die Halterung bis zum Anschlag des Passstiftes eingeschoben wird, da sie als Magnetanschlag die Position des Magneten bestimmt.

Vor der ersten Messung mit diesem Messeinsatz wird die entsprechende Flusstoleranz geladen, die die Grenzwerte und die Windungszahl enthält.

Jeder Magnet muss sorgfältig mittig bis zum Anschlag eingeschoben und mit den Plastikstreifen sicher festgeklemmt werden. Während der Messung wirken enorme Kräfte. Wenn sich der Magnet während der Messung bewegt, wird das Ergebnis verfälscht oder sogar ein Codierungsfehler erzeugt.
Während der Messung wird der Magnet mit dem Joch nacheinander in beide Richtungen weit über die Sättigung aufmagnetisiert.

Die in der Spule induzierte Spannung berechnet sich zu:

u_Φ = -n * dΦ/dt

mit

Φ = magnetischer Fluss
dt = Abtastzeitintervall
dΦ/dt = Änderung des magnetischen Flusses pro Zeit

Die induzierte Spannung wird integriert und durch die Windungszahl geteilt. Damit ergibt sich der Fluss zu:

Φ = -1/n * ∫u_Φ * dt

Da der Messeinsatz aus weichmagnetischem Material besteht, kann die Feldstärke H als homogen über die Fläche angesehen werden. Im hinteren Teil des Luftspaltes befindet sich eine Hallsonde zur Messung der magnetischen Feldstärke H.

Durch gleichzeitige Messung von Feldstärke und magnetischem Fluss wird die komplette Hysteresekurve Φ gegen H des Segmentes aufgenommen. Sie kann unter Graphik Φ betrachtet werden und liefert direkt den Wert des Remanenzflusses Φ^*_R bei H = 0.

Des Weiteren soll noch der Remanenzfluss Φ^*_RG nach Belastung mit einem gegebenen Gegenfeld H^*_G berechnet werden, um festzustellen, wie stark das Segment durch dieses Gegenfeld entmagnetisiert wurde. Dazu wird eine Tangente zur Hysteresekurve durch den Punkt Φ^*_R gelegt. Dann wird durch den Punkt der Hysteresekurve bei dem Gegenfeld H^*_G eine Gerade parallel zu dieser Tangente gezogen. Der Schnittpunkt dieser Geraden mit der Y-Achse bei H = 0 ergibt den gesuchten Wert Φ^*_RG. Der Wert Φ^*_RG ist der Fluss, den das Magnetsegment nach teilweiser Entmagnetisierung mit dem Gegenfeld H^*_G und Rückführung des Feldes auf H = 0 noch hat.

Zusätzlich kann wahlweise noch der Wert H_GF(80) bestimmt werden. Diese Feldstärke entspricht dem Gegenfeld, nach dem das Segment nur noch 80% seines Remanenzflusses besitzt.

Umwandlung der Φ in die Ψ Hysterese:

Die oben beschriebene Methode zur Berechnung von Φ^*_RG ist aus der Φ-Kurve optisch schlecht nachvollziehbar. Deshalb wird die Φ-Kurve in die Ψ-Kurve umgewandelt.
Die Idee dieser Methode ist, eine Aussage über die reine Materialeigenschaft des Segmentes bei H^*_G zu erhalten, die nicht direkt aus der Φ-Kurve abzulesen ist.

Physikalisch berechnet sich der Fluss zu:

Φ = B * A

und mit B = J + μ₀ * H
zu Φ = A * J + A * μ₀ * H

mit

B = magnetische Induktion innerhalb der Spule
J = magnetische Polarisation des Segmentes
A = Fläche der Spule
μ₀ = magnetische Feldkonstante

Die magnetische Eigenschaft des Segmentmaterials findet sich in der Polarisation J. Im Fluss Φ ist jedoch noch der lineare Anteil A * μ₀ * H enthalten, der die Hysteresekurve schräg verzerrt. Die Polarisation ist nichtlinear und hat die gesuchte Hystereseform. Multipliziert mit der Fläche A des Segments ergibt sich der Polarisationsfluss Ψ.

Ψ = A * J

Um Ψ zu erhalten, wird der lineare Teil A * μ₀ * H von Φ abgezogen.

Ψ = Φ - A * μ₀ * H

Da die Fläche A des Segmentes nicht bekannt ist, wird folgende Methode angewendet: Da diese Messung nur für hartmagnetische Materialien zugelassen ist, wird angenommen, dass die Polarisation J des Segmentmaterials im Bereich um H = 0 konstant ist, die Hysteresekurve von Ψ dort also waagerecht verläuft. Folglich entspricht dort die Steigung der Tangente der Φ-Kurve dem Wert A * μ₀. Durch Subtraktion einer Geraden durch den Nullpunkt mit dieser Steigung von der Φ-Kurve erhält man die Ψ-Kurve.

Beachten Sie, dass das gemessene Material genügend hartmagnetisch sein muss, damit diese Methode zu dem physikalisch richtigen Ergebnis führt.

Die Hysteresekurve des Polarisationsflusses Ψ stellt die reine Materialeigenschaft des Segmentes dar und ist in ihrer Form viel aussagekräftiger als die Φ-Kurve. Aus der parallelen Geraden durch den Fluss Φ beim Gegenfeld H^*_G ist jetzt eine waagerechte Linie geworden, so dass der direkt aus der Ψ-Entmagnetisierungskurve ablesbare Wert Ψ^*_G beim Gegenfeld H^*_G mit dem gesuchten Wert Φ^*_RG identisch ist. Dies gilt auch, wenn das Segment nicht genügend hartmagnetisch ist.
Die Rechteckform dieser Entmagnetisierungskennlinie ist entscheidend für die Beständigkeit des Permanentmagneten unter dem Einfluss starker Gegenfelder. Sie entspricht der aus der Materialmessung bekannten J-Kurve bei Verwendung einer J-kompensierten Spule.
Die Ergebnisse Φ^*_R, Φ^*_RG und H_GF(80) werden beim Robograph 2 automatisch ausgewertet und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen.

Die Ergebnisse werden folgendermaßen ausgewertet:
Φ^*_R muss innerhalb der Toleranzen Φ^*_Rmin und Φ^*_Rmax liegen.
Φ^*_RG muss mindestens 0.94 * Φ^*_Rmin betragen.
H_GF(80) muss mindestens H_GF(80)min. betragen.

Falls keine 100%-Prüfung erfolgt, wird eine Auswertung mit der Cpk Methode durchgeführt.