具有带有至少一个传感器的测量元件的构件制造技术

一种具有材料凹部(2，16，20)和测量元件(3，11，17，23，25，32，37，38，42，45，48，57，62)的构件(1，10，14，19)，所述测量元件具有至少一个传感器(4，13，18，22，27，28，29，33，34，36，40，43，46，47，49，50，51，52，53，63)，所述测量元件力配合地嵌入到材料凹部(2，16，20)中，其中传感器(4，13，18，22，27，28，29，33，34，36，40，43，46，47，49，50，51，52，53，63)设置在测量元件(3，11，17，23，25，32，37，38，42，45，48，57，62)处或上，使得传感器(4，13，18，22，27，28，29，33，34，36，40，43，46，47，49，50，51，52，53，63)的测量方向基本上与接触角的作用线相一致。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有材料凹部和测量元件的构件，所述测量元件具有至少一个传感器，所述测量元件力配合地嵌入到材料凹部中。
技术介绍
为了确定构件在运行期间的应力，测量作用于构件的力和形变。作为用于检测构件负荷的传感器例如使用测力计或应变计(DMS)。应变计通常直接粘贴到要测量的构件上。当然，在批量生产中固定这种传感器是费事的，因为应变计必须单独地借助粘接剂固定在表面上并且接线。在DE102011087471A1中已经提出一种构件，所述构件具有用于测量其负荷的传感器。所述构件具有材料凹部，在那里称作材料元件的测量元件力配合地嵌入到所述材料凹部中，所述测量元件具有传感器。通过制造材料凹部，将构件预装配，所述构件的负荷要被测量，并且所述构件例如可以为轴、支承环等。因此，在生产或安装构件的过程中，将具有传感器的预装配的测量元件插入到凹部中，使得尽可能地保持构件的初始状态。当然，值得期望的是，进一步改进测量的信号质量。尤其，期望更大的灵敏度、更小的迟滞以及对不同负荷方向更好的可区分性。
技术实现思路
因此，本专利技术基于下述目的，提出一种构件，所述构件能够实现对不同的负荷方向更好的区分。为了解决所述目的，在开始提到类型的构件中根据本专利技术提出，传感器设置在测量元件处或上，使得传感器的测量方向基本上与接触角的作用线相一致。本专利技术基于下述知识，在传感器或其测量方向以特定的方式设置时，即：传感器的测量方向与接触角的作用线相一致，则使得对负荷方向的区分变得容易。在此，足够的是，传感器的测量方向近似与接触角的作用线相一致，尤其是因为在运行期间接触角根据外部负荷经受改变。根据本专利技术的构件能够实现将至少一个传感器直接定位在具有最大负荷的力路径中。所述具有最大负荷的力路径对应于接触角的或工作接触角(Betriebsdruckwinkel)的作用线。所述工作接触角由于构件的外部负荷而在围绕构造上确定的额定接触角的一定范围中形成。因此，通过本专利技术能够实现在已知接触角或工作接触角的情况下推断出轴向负荷和径向负荷之间的关系。当已知负荷的数值时，借助于测量元件能够分开地确定径向负荷和轴向负荷，并且以绝对值输出。优选地，构件与材料凹部至少单侧地齐平。根据本专利技术的构件可以是轴或轴承，在所述轴或轴承中必须监控损害精确确定的轴向或径向负荷。根据本专利技术的构件的传感器可以是下述组的应变或压力灵敏的元件：应变计(DMS)、薄层DMS、压电元件、压电薄膜、纤维布拉格晶格、聚合物光学纤维传感器、测力计。本专利技术的一个改进方案提出，在构件的测量元件上或在构件的测量元件中，以相对于第一传感器转动90°的方式设置有另一个传感器。在所述设计方案中，两个传感器位于同一平面上，其中这两个传感器以相对于彼此转动90°的方式设置。这种设置能够实现传感器的、尤其应变计的温度补偿。类似地，在根据本专利技术的构件的测量元件上或在根据本专利技术的构件的测量元件中，可以设置有包括四个传感器的测量桥。也称作为全桥的这种测量桥能够实现根据电阻改变特别精确地检测应变。根据本专利技术的构件的一个特别优选的改进方案提出，至少一个传感器设置在测量元件的倾斜面处或上，所述倾斜面朝向接触角的作用线定向。在此，特别优选地，倾斜面平行于接触角的作用线定向，或者接触角的作用线沿着倾斜面伸展。以所述方式，可以特别准确地测量沿着作用线的应变。借助于测量元件的材料的已知的弹性模量，根据检测到的应变，可以确定作用力。典型地，测量元件由钢构成。本专利技术的其他设计方案可以提出，测量元件轴向地或径向地或相对于轴向方向和/径向方向倾斜地设置在构件中。以所述方式，实现不同的可能性，所述可能性能够实现测量元件或传感器的设置匹配于不同的力方向。对于任何应用情况，以所述方式都能够确定测量元件的最优的位置。也落入本专利技术的范围的是，传感器设置在测量元件处或上，使得传感器的测量方向基本上与额定接触角或工作接触角的作用线相一致。在根据本专利技术的构件中，也可以考虑的是，测量元件具有多个在平行平面中设置的传感器。以所述方式，可以检测接触角的作用线的角度位置，使得不仅可以检测构件负荷的数值，而且也可以检测其方向。就此而言，可以提出，平行平面具有多个相互转动或正交设置的传感器。传感器以特定角度的设置能够实现检测作用的外部负荷的方向。本专利技术的一个变型形式提出，测量元件具有与轴向方向平行的平面，在所述平面上并排设置有多个传感器。传感器能够在该平面上并排地或轴向依次地设置，以便在不同的位置上检测测量值。平行平面在此可以要么在构件的整个长度上延伸，所述构件例如可以构成为轴，替选地，平行平面也可以仅在其长度的一部段上延伸。当然，设置在平行平面上的传感器可以通过其他的传感器补充，例如通过轴向端侧上的一个或多个传感器补充。一个类似的变型形式提出，多个传感器设置在柱形构件的外面上，多个传感器可以要么并排地平行于环周定向，然而所述多个传感器也可以以一定角度、即相对于环周方向倾斜地设置。以所述方式，传感器可以在构件的、尤其轴承的接触角的作用线上进行检测。最后，两个或更多个传感器也可以设置在相对于彼此转动90°的平面中。在此，在所述平面上可以设置有一个传感器、两个传感器或更多个、例如四个传感器，以便补偿干扰、如温度影响。此外，可以将所有描述的设置彼此组合，以便能够实现不同的负荷方向的区分。在此，需要在测量信号的质量和制造成本之间进行权衡。在本专利技术的范围中，也可以提出，将传感器、尤其应变传感器、如应变计正交地压紧或夹紧。在根据本专利技术的构件中，在此具有平行于轴向方向的平面的测量元件可以设有正交地压紧的传感器，其中测量元件两件式地构成，并且具有带有平行平面的第一部分和与此互补的第二部分，其中传感器设置在这两部分之间。在此，由不同的测量平面和传感器构成的不同的组合也是可能的，以便能够实现力分量的期望的分开。具有第一部分和第二部分的测量元件可以在中部沿着对称平面划分，使得传感器居中地设置。另一方面，测量元件也可以偏心地划分，使得一部分大于另一部分。在所述设计方案中，传感器承受偏心正交负荷。本专利技术的另一个设计方案提出，构件具有用于跟踪测量平面的机构，其中机构构成为，使得传感器运动到最大测量信号的位置中。所述自动得出的位置是在运行中得出的接触角的量值。传感器为此可以旋转地或平移地运动。附图说明本专利技术的实施例在附图中示出并且在下文中予以详细描述。附图示出：图1示出根据本专利技术的构件的细节；图2示出根据本专利技术的构件的另一个实施例的细节；图3示出具有径向设置的测量元件的构件的细节；图4示出具有倾斜设置的传感器的另一实施例的细节；图5示出与图1相似的视图，其中绘出额定接触角和工作接触角的作用线；图6-7示出柱形的测量元件的实施例；图8-13示出柱形的测量元件的实施例，其中传感器设置在内部平面上；图14-17示出柱形的测量元件的实施例，其中传感器正交地压紧到测量元件的两个部分之间；图18示出具有可跟踪的测量元件的一个实施例，和图19示出传感器数据的典型变化曲线，其中关于总力绘制应变。具体实施方式图1示出构件1的细节，所述构件构成为滚动轴承并且具有柱形的材料凹部2，具有传感器4的测量元件3位于所述材料凹部中。传感器4构成为应变计(DMS)并且具有线缆5，所述线缆连接于测量值检测设备。构成为滚动轴承的构件1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有材料凹部(2，16，20)和测量元件(3，11，17，23，25，32，37，38，42，45，48，57，62)的构件(1，10，14，19)，所述测量元件具有至少一个传感器(4，13，18，22，27，28，29，33，34，36，40，43，46，47，49，50，51，52，53，63)，所述测量元件力配合地嵌入到所述材料凹部(2，16，20)中，其特征在于，所述传感器(4，13，18，22，27，28，29，33，34，36，40，43，46，47，49，50，51，52，53，63)设置在所述测量元件(3，11，17，23，25，32，37，38，42，45，48，57，62)处或上，使得所述传感器(4，13，18，22，27，28，29，33，34，36，40，43，46，47，49，50，51，52，53，63)的测量方向基本上与接触角的作用线相一致。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.05 DE 102014204025.61.一种具有材料凹部(2，16，20)和测量元件(3，11，17，23，25，32，37，38，42，45，48，57，62)的构件(1，10，14，19)，所述测量元件具有至少一个传感器(4，13，18，22，27，28，29，33，34，36，40，43，46，47，49，50，51，52，53，63)，所述测量元件力配合地嵌入到所述材料凹部(2，16，20)中，其特征在于，所述传感器(4，13，18，22，27，28，29，33，34，36，40，43，46，47，49，50，51，52，53，63)设置在所述测量元件(3，11，17，23，25，32，37，38，42，45，48，57，62)处或上，使得所述传感器(4，13，18，22，27，28，29，33，34，36，40，43，46，47，49，50，51，52，53，63)的测量方向基本上与接触角的作用线相一致。2.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，在所述测量元件(48)上或在所述测量元件(48)中，设置有形成测量桥的总共四个传感器(51)。3.根据权利要求1或2所述的构件，其特征在于，至少一个所述传感器(13)设置在所述测量元件(11)的倾斜面(12)处或上，所述倾斜面朝向所述接触角的所述作用线定向。4.根据上述权利要求中任一项所述的构件，其特征在于，所述测量元件(3，11，17，23，25，32，37，38，42，45，48，57，62)轴向地或径向地或相对于轴向方向和径向方向倾斜地设置在所述构件(1，10，14，19)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：延斯·海姆，
申请(专利权)人：舍弗勒技术股份两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE