AT525992B1

AT525992B1 - Device for detecting the pressure forces between two bodies that can be placed against one another under the influence of force

Info

Publication number: AT525992B1
Application number: ATA50913/2022A
Authority: AT
Inventors: Zuber Christian; Theuermann Gernot; Rieger Walter
Original assignee: Net Automation Gmbh
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-10-15
Also published as: AT525992A4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Erfassen der Druckkräfte zwischen zwei unter Krafteinwirkung aneinander anstellbaren Körpern (1, 2) mit einer in die Stoßfuge (5) zwischen den beiden Körpern (1, 2) einführbaren, mehrschichtigen Messfolie (6) beschrieben, die eine Sensorschicht mit sich druckabhängig ändernden elektrischen Eigenschaften zwischen zwei elektrisch leitenden Schichten aufweist. Um enge Messtoleranzbereiche sicherstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass zwischen der Messfolie (6) und wenigstens einem der beiden Körper (1, 2) eine in ihrer Dicke in Abhängigkeit vom örtlichen Beaufschlagungsdruck über die Beaufschlagungsfläche unterschiedlich nachgiebige Druckausgleichslage (7) vorgesehen ist.A device is described for detecting the pressure forces between two bodies (1, 2) that can be placed against one another under the action of force, with a multi-layer measuring film (6) which can be inserted into the butt joint (5) between the two bodies (1, 2) and which has a sensor layer has pressure-dependent changing electrical properties between two electrically conductive layers. In order to be able to ensure narrow measurement tolerance ranges, it is proposed that a pressure compensation layer (7) whose thickness varies depending on the local application pressure across the application surface is provided between the measuring film (6) and at least one of the two bodies (1, 2).

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen der Druckkräfte zwischen zwei unter Krafteinwirkung aneinander anstellbaren Körpern mit einer in die Stoßfuge zwischen den beiden Körpern einführbaren, mehrschichtigen Messfolie, die eine Sensorschicht mit sich druckabhängig ändernden elektrischen Eigenschaften zwischen zwei elektrisch leitenden Schichten aufweist. The invention relates to a device for detecting the pressure forces between two bodies that can be adjusted against one another under the influence of force, with a multi-layer measuring film which can be inserted into the butt joint between the two bodies and which has a sensor layer with electrical properties that change depending on the pressure between two electrically conductive layers .

[0002] Zum Erfassen der Zuspannkräfte von Scheiben- oder Trommelbremsen ist es bekannt (AT 524 872 B1), zwischen dem Bremskörper und dem Bremsrotor eine mehrschichtige Messfolie aus einer Sensorschicht mit sich druckabhängig ändernden elektrischen Eigenschaften einzuführen. Mithilfe zweier elektrisch leitender Schichten wird das sich druckabhängig ändernde, elektrische Messsignal der Sensorschicht abgegriffen und einer Auswerteeinrichtung zugeführt, in der aufgrund der bekannten Druckabhängigkeit des elektrischen Messsignals die auftretenden Zuspannkräfte ermittelt werden. To detect the application forces of disc or drum brakes, it is known (AT 524 872 B1) to introduce a multi-layer measuring film made of a sensor layer with electrical properties that change depending on the pressure between the brake body and the brake rotor. With the help of two electrically conductive layers, the electrical measurement signal from the sensor layer, which changes depending on the pressure, is picked up and fed to an evaluation device in which the clamping forces that occur are determined based on the known pressure dependence of the electrical measurement signal.

[0003] Wesentlich für eine genaue Messung der Druckkräfte zwischen zwei aneinander andrückbaren Körpern mithilfe einer solchen Messfolie, die in die Stoßfuge zwischen den beiden Körpern eingebracht wird, ist allerdings, dass die wirksamen Druckkräfte auf die Messfolie entsprechend übertragen werden. Da unter Umständen mit Oberflächenstrukturen im Bereich der an der Messfolie anliegenden Stoßflächen der beiden Körper zu rechnen ist und diese Oberflächenstrukturen zu einer ungleichmäßigen Druckbelastung der Messfolie führen können, liegen die Messergebnisse aufgrund der üblicherweise nicht bekannten Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der geometrischen Beschaffenheit der Stoßflächen in einem entsprechenden Toleranzbereich. However, it is essential for an accurate measurement of the compressive forces between two bodies that can be pressed against one another using such a measuring film, which is inserted into the butt joint between the two bodies, that the effective compressive forces are transferred to the measuring film accordingly. Since under certain circumstances surface structures are to be expected in the area of the abutting surfaces of the two bodies that are in contact with the measuring film and these surface structures can lead to an uneven pressure load on the measuring film, the measurement results lie in a corresponding tolerance range due to the usually unknown irregularities with regard to the geometric nature of the abutting surfaces .

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen der Druckkräfte zwischen zwei unter Krafteinwirkung aneinander anstellbaren Körpern mithilfe einer Messfolie in der Stoßfuge zwischen den beiden Körpern so auszugestalten, dass die Messtoleranz erheblich verringert werden kann. The invention is therefore based on the object of designing a device for detecting the pressure forces between two bodies that can be positioned against one another under the action of force using a measuring film in the butt joint between the two bodies in such a way that the measuring tolerance can be significantly reduced.

[0005] Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass zwischen der Messfolie und wenigstens einem der beiden Körper eine in ihrer Dicke in Abhängigkeit vom örtlichen Beaufschlagungsdruck über die Beaufschlagungsfläche unterschiedlich nachgiebige Druckausgleichslage vorgesehen ist. Starting from a device of the type described at the outset, the invention solves the problem in that a pressure equalization layer whose thickness varies depending on the local loading pressure across the loading surface is provided between the measuring film and at least one of the two bodies.

[0006] Durch diese Maßnahmen können zufolge der druckabhängig unterschiedlichen Verformung der Druckausgleichslage örtlich auf die Messfolie durchgreifende Druckspitzen vermieden und eine weitgehend gleichmäßige Druckverteilung über die Druckbeaufschlagungsfläche der Messfolie als Voraussetzung für eine Druckkrafterfassung in einem engen Toleranzbereich sichergestellt werden. Durch die Nachgiebigkeit der Druckausgleichslage in Bezug auf ihre Dicke wird eine weitgehend vollflächig satte Anlage der Druckausgleichslage sowohl an der Messfolie als auch an der Stoßfläche des jeweiligen Körpers als Voraussetzung für eine gleichmäßige Druckübertragung auf die Messfolie gewährleistet. These measures make it possible to avoid local pressure peaks reaching through to the measuring film due to the pressure-dependent different deformation of the pressure compensation layer and to ensure a largely uniform pressure distribution over the pressure application surface of the measuring film as a prerequisite for measuring the pressure force within a narrow tolerance range. The flexibility of the pressure compensation layer in relation to its thickness ensures that the pressure compensation layer rests largely over the entire surface both on the measuring film and on the abutment surface of the respective body as a prerequisite for uniform pressure transfer to the measuring film.

[0007] Je nach den Anforderungen und den Druckkräften können die Druckausgleichslagen unterschiedlich ausgebildet werden. So ergeben sich beispielsweise einfache Konstruktionsbedingungen, wenn die Druckausgleichslage gummielastische Eigenschaften aufweist oder aus einem Schaumstoff gefertigt ist. Depending on the requirements and the pressure forces, the pressure compensation layers can be designed differently. For example, simple construction conditions arise if the pressure compensation layer has rubber-elastic properties or is made of foam.

[0008] Ein besonders guter Druckausgleich ergibt sich, wenn die Druckausgleichslage einen mit einer Flüssigkeit oder einem Gel gefüllten Hohlraum aufweist. Unter der Voraussetzung, dass ein ausreichender Hohlraum bei einer entsprechenden Druckbelastung der Ausgleichslage erhalten bleibt, kann auch eine Gasfüllung allenfalls unter einer entsprechenden Vorspannung vorgesehen werden. Allerdings besteht für solche Druckausgleichslagen bei hohen Drücken die konstruktive Herausforderung, eine reißfeste Hülle für die flüssige, gelartige oder gasförmige Füllung zur Verfügung zu stellen. A particularly good pressure equalization occurs when the pressure equalization layer has a cavity filled with a liquid or a gel. Provided that a sufficient cavity is maintained with a corresponding pressure load on the compensating layer, a gas filling can also be provided under a corresponding preload. However, for such pressure equalization layers at high pressures, there is the design challenge of providing a tear-resistant shell for the liquid, gel-like or gaseous filling.

[0009] Um die jeweiligen Strukturen der Stoßflächen der beiden die Stoßfuge zur Aufnahme der Messfolie zwischen sich bildenden Körper zu berücksichtigen, kann zwischen der Messfolie und In order to take into account the respective structures of the abutment surfaces of the two bodies forming the abutment joint for receiving the measuring film, between the measuring film and

den beiden Körpern je eine Druckausgleichslage vorgesehen werden. A pressure equalization layer must be provided for each of the two bodies.

[0010] Zur Handhabungsvereinfachung kann außerdem die Messfolie mit der wenigstens einen Druckausgleichslage eine Handhabungseinheit bilden, sodass lediglich diese Handhabungseinheit in die Stoßfuge zwischen den beiden Körpern einzubringen ist, um die nach einer Anstellung der beiden Körper unter einer entsprechenden Krafteinwirkung zwischen den Körpern wirksamen Druckkräfte zu ermitteln. [0010] To simplify handling, the measuring film can also form a handling unit with the at least one pressure compensation layer, so that only this handling unit has to be inserted into the butt joint between the two bodies in order to reduce the pressure forces effective between the bodies after the two bodies have been positioned under a corresponding force determine.

[0011] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen The subject matter of the invention is shown, for example, in the drawing. Show it

[0012] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen der Druckkräfte zwischen zwei unter Krafteinwirkung aneinander anstellbaren Körpern in einem schematischen Schnitt und 1 shows a device according to the invention for detecting the pressure forces between two bodies that can be positioned against one another under the action of force in a schematic section and

[0013] Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Schnitt in einem größeren Maßstab. Fig. 2 shows a modified embodiment of a device according to the invention in a section on a larger scale.

[0014] In der Fig. 1 wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung beim Einsatz zur Erfassung der Zuspannkräfte einer nicht näher dargestellten Scheibenbremse gezeigt. Die beiden aneinander anstellbaren Körper 1, 2 werden demnach durch einen Radkörper 3 und einen Bremsbacken 4 der Scheibenbremse gebildet. In die den Bremsspalt zwischen dem Radkörper 3 und dem Bremsbacken 4 gebildete Stoßfuge 5 wird eine Messfolie 6 zusammen mit einer einseitig an der Messfolie 6 anliegenden Druckausgleichslage 7 eingebracht, die vorzugsweise mit der Messfolie 6 eine Handhabungseinheit bildet, was jedoch nicht zwingend ist. 1 shows a device according to the invention in use for detecting the application forces of a disc brake, not shown in detail. The two bodies 1, 2 that can be positioned against one another are therefore formed by a wheel body 3 and a brake shoe 4 of the disc brake. Into the butt joint 5 formed in the brake gap between the wheel body 3 and the brake shoe 4, a measuring film 6 is introduced together with a pressure compensation layer 7 resting on one side of the measuring film 6, which preferably forms a handling unit with the measuring film 6, but this is not mandatory.

[0015] Die mehrschichtige Messfolie 6 weist in an sich bekannter Weise eine Sensorschicht aus einem Material auf, dessen elektrische Eigenschaften sich mit dem Beaufschlagungsdruck ändern, wie dies insbesondere für piezoresistive Materialien gegeben ist. Die Sensorschicht ist zwischen zwei elektrisch leitenden Schichten angeordnet, über die eine elektrische Messspannung an die piezoresistive Sensorschicht angelegt werden kann. Da sich der spezifische elektrische Widerstand der Sensorschicht mit dem Beaufschlagungsdruck ändert, kann aufgrund der gegebenen Druckabhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstands aus der Größe des durch die Sensorschicht fließenden elektrischen Stroms auf die Druckbelastung der Sensorschicht und damit auf die Größe der einwirkenden Kräfte rückgeschlossen werden. The multi-layer measuring film 6 has, in a manner known per se, a sensor layer made of a material whose electrical properties change with the application pressure, as is the case in particular for piezoresistive materials. The sensor layer is arranged between two electrically conductive layers, via which an electrical measuring voltage can be applied to the piezoresistive sensor layer. Since the specific electrical resistance of the sensor layer changes with the application pressure, the pressure load on the sensor layer and thus the magnitude of the acting forces can be deduced from the magnitude of the electrical current flowing through the sensor layer due to the given pressure dependence of the specific electrical resistance.

[0016] Die Druckausgleichslage 7, beispielsweise eine Lage aus einem gummielastischen Material oder einer Schaumstofflage, ist in ihrer Dicke in Abhängigkeit von der örtlichen Druckbelastung nachgiebig ausgebildet, sodass die druckabhängige Verformung, die sich sowohl auf den elastischen als auch den plastischen Bereich erstrecken kann, eine weitgehend vollflächige, satte Anlage der Druckausgleichslage 7 sowohl an der Messfolie 6 als auch an der Stoßfläche 8 des jeweiligen der beiden Körper 1, 2, im Beispielsfall des Radkörpers 3, ermöglicht und dabei eine über die Beaufschlagungsfläche weitgehend gleichmäßige Druckbelastung der Messfolie 6 unter Vermeidung von sonst möglichen örtlichen Druckspitzen sicherstellt. Damit können wesentliche Voraussetzungen für eine von der Oberflächenstruktur der Stoßflächen 8 der Körper 1, 2 weitgehend unabhängige Druckkraftmessung unter Einsatz einer Messfolie 6 in einfacher Art eingehalten werden. The pressure compensation layer 7, for example a layer made of a rubber-elastic material or a foam layer, is designed to be flexible in its thickness depending on the local pressure load, so that the pressure-dependent deformation, which can extend to both the elastic and the plastic region, a largely full-surface, full contact of the pressure compensation layer 7 both on the measuring film 6 and on the abutment surface 8 of each of the two bodies 1, 2, in the example of the wheel body 3, while avoiding a largely uniform pressure load on the measuring film 6 across the impact area against otherwise possible local pressure peaks. This means that essential requirements for a compressive force measurement that is largely independent of the surface structure of the abutting surfaces 8 of the bodies 1, 2 can be met in a simple manner using a measuring film 6.

[0017] Die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen der Druckkräfte zwischen zwei unter Krafteinwirkung aneinander anstellbaren Körpern 1, 2 nach der Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausgestaltung nach der Fig. 1 im Wesentlichen dadurch, dass zwischen der Messfolie 6 und den beiden Körpern 1, 2 je eine Druckausgleichslage 7 vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme kann der Einfluss der Oberflächenstruktur der Stoßflächen 8 der beiden Körper 1, 2 auf das Messergebnis weitgehend ausgeschaltet werden, was das Einhalten besonders enger Bereiche für die Messtoleranzen der Vorrichtung ermöglicht. The embodiment of a device according to the invention for detecting the pressure forces between two bodies 1, 2 that can be adjusted against one another under the action of force according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 essentially in that between the measuring film 6 and the two bodies 1, 2 each have a pressure compensation layer 7 provided. Through this measure, the influence of the surface structure of the abutment surfaces 8 of the two bodies 1, 2 on the measurement result can be largely eliminated, which makes it possible to maintain particularly narrow ranges for the measurement tolerances of the device.

Claims

Patent claims

1. Device for detecting the pressure forces between two bodies (1, 2) that can be placed against one another under the influence of force, with a multi-layer measuring film (6) which can be inserted into the butt joint (5) between the two bodies (1, 2), which has a sensor layer depending on the pressure changing electrical properties between two electrically conductive layers, characterized in that between the measuring film (6) and at least one of the two bodies (1, 2) a pressure compensation layer (7) is provided which is differently flexible in its thickness depending on the local application pressure across the application surface is.

2. Device according to claim 1, characterized in that the pressure compensation layer (7) has rubber-elastic properties.

3. Device according to claim 1, characterized in that the pressure compensation layer (7) is made of a foam.

4. Device according to claim 1, characterized in that the pressure compensation layer (7) has a cavity filled with a liquid, a gel or a gas.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a pressure compensation layer (7) is provided between the measuring film (6) and the two bodies (1, 2).

6. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring film (6) forms a handling unit with the at least one pressure compensation layer (7).

This includes 2 sheets of drawings