CN112997016A - 具有传感器功能、尤其具有磨损识别的塑料滑动元件 - Google Patents

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Abstract

提出用于无润滑剂地支承在滑动轴承中的塑料滑动元件(10；40)，其具有由塑料制造的成形件(12；42)，所述成形件具有用于相对彼此可运动地导向两个支承件的滑动面(14；44A)。在所述成形件(12；42)上布置有电式的功能电路(16；46)，所述功能电路具有用于检测运行参数的传感器功能。本发明提出，所述功能电路(16；46)包括至少一个导体带结构(17，17A；47，47A)，所述至少一个导体带结构构造在作为所述导体带结构的载体的成形件(12)上。所述功能电路优选能够通过增材式制造工艺(AM方法)施加到由塑料预先制造的成形件(12；42)上。

Description

具有传感器功能、尤其具有磨损识别的塑料滑动元件
技术领域
本发明一般性地涉及一种具有集成的传感器功能的塑料滑动元件，所述塑料滑动元件适用于使用在任意的结构类型的滑动轴承(英语：plain bearing)中。本发明尤其涉及一种用于无润滑剂地支承在滑动轴承中的塑料滑动元件，所述塑料滑动元件包括由塑料制造的成形件、尤其注塑成形件，其中，在成形件上布置有带有传感器功能的电式功能电路。所述功能电路能够用于检测运行参数、尤其滑动元件自身的运行参数，例如为了预瞻性的维护目的而对过度的磨损的识别。在此，滑动元件具有用于相对彼此滑动支承和/或可运动地导向或者支承滑动轴承的两个部分的滑动面。
背景技术
已经从申请人的专利申请WO 2017/182662 A1已知这类的滑动元件。在这里，滑动元件具有包括探测器的功能电路，所述探测器在关键区域内存在预先确定的程度的磨损的情况下改变其电特性，例如由于导体断开而改变其电特性。所述功能电路实现尤其借助于应答器无线地识别取决于磨损的改变。
在制造技术的方面，在WO 2017/182662 A1中提出，探测器元件布置在滑动面上的凹进部中。例如提出薄膜式的RFID应答器的已有的或者经调整的组成部分作为探测器。此外，提出一种分开的部件(例如并联导体)作为探测器元件，该分开的部件与商业上通用的RFID应答器连接。在两种情况下，探测器在安装之后能够在附加的过程步骤中埋入或者封装。然而，功能电路、尤其探测器要如何准确地制造，WO 2017/182662 A1还没有解决。
然而，塑料构件以复杂的几何结构与集成的传感装置的组合在实践中造成一些困难。因此，传感器功能在不同的几何结构的塑料滑动元件中的集成在多种情况下变得相当困难。
发明内容
因此，本发明的第一任务在于，提出一种塑料滑动元件，所述塑料滑动元件也可以大件数地成本便宜地和可靠地配备用于传感式地检测运行参数的功能电路。
该任务通过一种具有根据权利要求1所述的特征的塑料滑动元件解决。有利的实施方式为从属权利要求的主题。
根据本发明，在根据来自权利要求1的前序部分所述的塑料滑动元件中提出，功能电路包括至少一个导体带结构(Leiterbahnstruktur)，所述导体带结构构造在由塑料制成的成形件上，其中，所述成形件自身构成用于导体带结构的载体或者基底。功能电路尤其能够通过增材式制造工艺施加(英语：applied)在成形件上。在此，当施加功能电路时，成形件自身优选(但不一定)已经预先制造。
所提出的结构类型还具有下述优点：可价格便宜地制造的、具有所期望的特性的传感装置能够直接地集成到成形件中，也就是说，提高自动化程度或者能够省去附加的制造步骤。
在此，具有成形件的滑动元件能够是被支承的支承件或者进行支承的支承件(机械式框架)的一部分，也就是说，所述滑动元件进行支承地起作用还是被支承是不重要的。在当前的意义下的滑动元件尤其用于在装配在滑动轴承中的状态下滑动式地支承滑动配对件和/或支承在滑动配对件上。
在当前，导体带(英语，“trace conductor”)理解为单个的导电的连接元件。“带”理解为在预先给定宽度和预先给定厚度(结构高度)的情况下具有任意长度的构件，其中，带的厚度与其宽度相比明显更小，尤其小至少因数二、通常小大约一个数量级。即，这涉及一种典型面式结构类型的、具有类似于在导体板(英语，“printed circuit board”)中常见的导体带的几何结构的连接元件。
成形件尤其可以预先制造或者在施加导体带结构或者功能电路之前已经可以存在。由此，成形件自身能够用作导体带结构的电路载体或者基底。因此，常规的导体板或者PCB不是必需的。
根据本发明的导体带结构能够通过不同的技术来施加(英语，applied)，例如通过将导电漆涂覆到预先制造的成形件上地制造和/或例如通过3D打印印到成形件上。优选地，整个功能电路、然而至少是导体带结构直接地或者径直地施加到预先制造的塑料件上、尤其印到其上。
功能电路能够例如通过增材式喷镀金属工艺施加到成形件上，其方式是，将金属电镀式施加到可喷镀金属的塑料上，或者也通过热涂覆(例如喷射)施加。
一般地，根据本发明的功能电路能够通过增材式制造工艺施加或者涂覆到由塑料制成的成形件上。
这尤其能够借助于合适的MID技术(英语，Molded Interconnect Devices，模塑互连器)、尤其增材式MID技术进行，所述MID技术在此理解为AM工艺的一种优选的实施例。
功能电路也能够通过其它合适的、本身已知的AM工艺施加，尤其通过在VDI 3405标准或者DIN EN ISO 17296-2(第II部分)的意义下被称作增材式制造工艺的工艺施加。
AM工艺使得允许典型地在逐层涂覆的结构的基础上进行复杂的、在一定程度上任意的几何结构的固有自动化的、计算机辅助的制造。作为AM方法，例如尤其也能够考虑具有打印物质的自主硬化的直接打印，或者也能够考虑通过聚合作用进行的3D打印、通过粘合进行的3D打印、通过烧结/熔化进行的3D打印等等。
在此，功能电路能够完全地或者集成地、尤其没有其它分立的电部件地用连续的增材式制造过程制造。对此尤其适合基于挤出的工艺(英语：extrusion based:EB)，其或者具有化学的硬化，或者具有由被加热的热塑性塑料进行的物理加固。例如FDM工艺(英语：fused deposition modeling，熔融沉积成型)也被视为合适的。也能够设想MJ工艺(英语：material jetting材料喷射)，例如其具有通过光作用固化的光聚合物。同样地能够考虑所谓的BJ工艺(英语：binder jetting，粘结剂喷射)，有时也被称作3DP工艺。
除了MID工艺之外，基本上也能够考虑所有的所谓的3D打印技术。由于其对相对粘稠的、能导电的膏的适宜性而优选是EB工艺。在此，尤其用于增材式制造的FLM工艺或者FFF工艺是优选的。
但是，功能电路也能够通过模内复膜施加，例如通过将被印刷的薄膜置入注塑工具中并且用塑料后注射来施加。此外，功能电路能够通过热冲压(在压力和热下施加有粘性的薄膜)安装。
当前，“功能电路”也理解为开关电路(英语：“circuit”)的片段或者功能性部分。即，功能电路尤其能够首先通过与另外的电路连接来完成其本来的功能并且因此就自身而言尤其不必构成电流回路。功能电路能够构成例如带电的两极，所述带电的两极的电特性取决于待检测的运行参数。成形件又能够用注塑工艺由塑料制造、尤其预先制造。
滑动元件的成形件然而或者是整个滑动元件优选由摩擦聚合物制造、尤其用注塑工艺制造。“摩擦聚合物”尤其理解为具有用于无润滑剂地支承的添加物(尤其固体润滑剂)的聚合物。无论如何，在摩擦工艺上优化的塑料作为成形件的材料是优选的。
在一种优选的实施方式中，预先制造(尤其一件式地预先制造)以预先确定的或者已知的几何结构定义滑动面的成形件。在此，所述成形件能够直接地用作增材式施加的或者印上的功能电路的基底或者电路载体，尤其用作注塑成型的电路载体。
能够有利的是，在成形件和增材式印上或者涂覆的功能电路之间设置中间层，例如用于附着连接或者为了附加的电绝缘的目的。自然地，多种摩擦聚合物为了减小附着摩擦和/或滑动摩擦的目的而具有相对不利的附着特性。
导体带结构或者功能电路能够构造在成形件上、尤其构造在成形件的表面上、直接地构造在其上或者构造有位于中间的中间层。然而，导体带结构或者功能电路不必在制成的滑动元件的表面上直接开放，为了更好地保护，它在制成的滑动元件中能够由一个或者多个保护层部分地或者完全地覆盖或者例如包封。所述保护层或者封装部能够例如通过注塑包封制造。优选地，在有线的信号连接中，为了触点接通的目的而空出到电路的入口开口或者给其留空隙然而或者是将接触装置连同封装。
根据本发明的解决方案的优点是在仍然牢固的结构类型的情况下相对有利的制造，所述结构类型也适用于有害的环境条件，例如在户外使用。
成形件能够包括热塑性塑料或者基本上由热塑性塑料制造。必要时，也能够在塑料中混入金属化合物，这例如对于用于MID的LDS制造方法是有利的。
优选地，功能电路通过材料锁合的化合物与成形件固定连接。功能电路优选集成到成形件中或者在制造后作为成形件的集成的组分存在，也就是说，尤其作为不能无损地分离的组分存在。
在优选的扩展方案中，功能电路包括至少一个探测区域，该至少一个探测区域为了在待监测的运行参数方面的传感器功能的目的而是敏感的。
为了可松脱地、有线地触点接通功能电路(尤其探测器)的目的，所述功能电路优选具有至少两个接触区域，所述至少两个接触区域具有分隔开地实施的、用于评估探测器的电信号的电路。由此，滑动元件能够简单地替换并且尽管有传感器功能而具有相当小的制造成本。优选地，功能电路通过接触装置以可松脱的电连接(如插接连接或者诸如此类的)与另外的电路连接。
例如MID工艺或者AM工艺这样的增材式工艺的优点在于，用于导电地连接的显著的接触区域能够在过程步骤中与其它的组成部分、尤其导体带一起制造。
作为探测区域，基本上能够考虑下述任意的探测器部件或者探测器结构：所述探测器部件或者探测器结构在功能电路的增材式制造期间优选集成地制造。
这尤其能够涉及一种用于进行磨损识别(例如由于传导中断)的、纯电阻性的探测区域。在此，能够使用一种简单的电阻测量来进行磨损显示。例如用于接近识别、位置确定或者诸如此类的电感式地或者电容式地起作用的功能电路也在本发明的框架内。此外也能够设想其它探测方案，例如用于温度测量或者变形测量或者力测量的探测方案。借助探测器或者探测区域尤其表示在测量技术(参看DIN1319-1)的意义下的接收器，也就是说，装置的对所期望的测量参量或者待检测的参量直接地作出响应的部分。
功能电路的探测区域能够至少在滑动元件的新状态下具有到成形件的滑动面预先定义的间距。一般地，探测区域在预先定义的位置中并且尤其与整个所考虑的功能电路抗疲劳或者不可松脱地布置在成形件上。
探测区域尤其能够设置在成形件的与滑动面对置的表面中的一个上，尤其集成到所述表面内。
在一种实施方式中，探测区域能够至少部分地沿着待识别的磨损极限延伸，从而能够通过功能电路探测磨损极限的超过。
补充地或者替代地，对于在滑动元件上尽可能大面积的检测，能够设置：视是否涉及轴向轴承和/或径向轴承而定地，功能电路(尤其探测区域)在滑动元件的滑动面的周向角或者轴向长度的至少一个主要份额上延伸。
当成形件在一表面上具有凹进部结构(最后制成的功能电路至少部分地或者优选完全地放入或嵌进所述凹进部结构中)时，能够简化功能电路的增材式制造。通过利用例如能用注塑工艺以小的公差制造的凹进部结构能够降低或者补偿增材式制造(例如由于还未完全硬化的导体材料的潮解引起的)不准确性。特别优选地，凹进部结构与在预先制造的成形件中的本来的滑动面对置地设置，是的不妨碍已知的滑动元件的已有的要求或者技术条件。当用于功能电路的凹进部结构设置在成形件的凸状表面上时，简化用于增材式制造的入口。
此外，在凹进部结构中优选完全地接收所述功能电路提供下述优点：扩展传感器功能的滑动元件继续保持对存在的或者已经成批地制造的滑动元件的构件几何结构向下兼容。
凹进部结构在功能电路的增材式制造之后能够向外敞开着或者为了更好地保护以防环境影响而接着被封装或者被包封，必要时在增材式制造的框架能内被封装或者被包封。
在一种特别适合于磨损识别的实施例中，凹进部结构包括一凹陷，该凹陷至少局部地到本来的滑动面以一间距布置为，使得所述凹陷的走向与待识别的磨损极限相应。该间距能够与滑动元件的待识别的耗损度相应。功能电路(尤其探测区域)优选至少部分地布置在成形件的表面上的凹陷以内。
功能电路优选直接地和/或集成地涂覆到预先制造的成形件上，例如通过MID工艺涂覆。因此，功能电路与成形件优选材料锁合地连接。
功能电路优选由一种材料制造，该材料具有比成形件的塑料明显更高的导电性，尤其由具有银成分、铜成分和/或碳成分的材料制造。因此，功能电路能够直接地涂覆在成形件上，而在成形件的主体和功能电路的导体带结构之间没有附加的绝缘层。
已知不同的材料用于在增材式制造的过程中制造能导电的结构。能够使用例如导电漆或者其它的可打印的膏、具有银成分、铜成分和/或碳成分(例如石墨或者工业炭黑或者说CB＝“Carbon Black”)的液体或者热塑性塑料。优选地，使用基于银的、能导电的膏，例如具有银粉末的液态树脂，例如
Figure BDA0003057422140000071
公司的5064H型(见数据册MCM5064H/2011)。只要功能电路的导体带的最后制成的材料具有比成形件的塑料或者摩擦聚合物明显更高的导电性，也能够考虑聚合物基体与能导电的颗粒、尤其价格便宜的碳颗粒(石墨或者CB)的其它混合。
在优选的实施方式中，导体带结构包括导体带以及用于可松脱地触点接通的特别的接触区域，所述导体带例如通过AM工艺增材式施加并且所述导体带在0.5-5mm的导体宽度的情况下具有第一层厚度、优选≤200μm、特别优选≤100μm、例如在大约5-50μm的范围内的第一层厚度。接触区域具有相对于第一层厚度明显更大的第二层厚度，尤其≥200μm、例如在250-500μm的范围内的第二层厚度。就此，用必要时带有公差的层厚度表示导体带或者接触区域在垂直于它们的长度延伸或者宽度延伸的平面内的材料厚度。在这里，导体带和接触区域优选用相同的制造工艺施加到塑料成形件上、尤其增材式施加。
替代地或者补充地，能够在滑动元件上设置显著的能导电的接触器件用于触点接通，例如接触销、接触衬套或者诸如此类的。在此，例如在增材式涂覆时，能够使接触器件与导体带结构连接并且从外部实现可松脱地导电的触点接通，例如通过插接件实现。接触器件的集成优选与包封部组合，所述包封部能够同时使接触器件机械式地紧固。也能够与这种接触器件相结合地实现所施加的导体带结构的完全的封装。
增材式制造的功能电路优选为纯被动的，也就是说实施为没有自身的能量源。它尤其能够实施为两极，所述两极能够通过接触区域接在单独的评估电路上。功能电路尤其能够仅仅由导体带和接触区域组成或者实施为没有分立的电式的或者电子的部件。这种特别简单的构型也实现例如纯电阻性的磨损识别，尤其通过对在功能电路中的导体带结构的断开的纯电阻性监测实现。
然而，在增材式制造的框架内，也能够制造在测量参量接收器的意义下的不同的探测器或者传感器。例如也能够增材式地实施电容式的或者温度敏感的传感器结构。压阻式的结构也已经在关于AM工艺的近期的专业文献中说明。例如Leigh SJ，Bradley RJ，etal.(“A Simple,Low-Cost Conductive Composite Material for 3D Printing ofElectronic Sensors”；PLoS ONE 7(11)；2012)说明了一种能够在AM工艺中制造的压阻式的探测器。
当成形件由摩擦聚合物预先制造时，以已知的方式制造的滑动支承件、尤其注塑成形件与电路的增材式制造或者直接的打印的组合被证明是特别有利的。用于无润滑剂地支承的摩擦聚合物本身是已知的并且典型地包括基底聚合物和显微镜下的固体润滑剂。此外，摩擦聚合物能够具有加强纤维和/或加强填料或者其它填料。合适的材料例如是来自igus GmbH，D-51147科隆的产品系列
Figure BDA0003057422140000081
的摩擦聚合物。既定地，使这种类型的滑动元件承受基底聚合物的一定的磨损，所述磨损应释放出用于与轴承配对件固体润滑的润滑剂颗粒。与之相应地，磨损识别在这里是特别有利的，所述磨损识别能够有利地用增材式制造工艺实现。
在另一实施方式中，滑动元件能够具有用于稳定化成形件的包封部。所述包封部能够施加到由塑料制成的成形件上，在所述包封部上构造有导体带结构。包封部尤其能够通过用另外的塑料对成形件和导体带结构注塑包封来制造，从而在滑动元件上同时产生用于功能电路的外部的保护层。在此，包封部的材料优选能够包括高强度的塑料，所述高强度的塑料具有比提供滑动面的成形件的塑料更高的机械强度。包封部的塑料优选是纤维加强的，其尤其具有比滑动元件或者成形件的塑料明显更大的纤维份额。具有进行稳定化的包封部的滑动元件尤其对于重负载的支承是有利的。包封部优选至少主要盖住成形件的外侧，必要时具有一个或多个例如用于触点接通的凹进部。
根据上述的实施例中的一个的、具有传感器功能的塑料滑动元件特别适合用于无润滑剂地进行支承的滑动轴承，例如适合线性滑动轴承、径向滑动轴承、轴向滑动轴承和/或径向滑动/轴向滑动轴承。
在此，滑动轴承在第一支承件上能够具有至少一个这类的滑动元件。所述滑动元件用于在本身对于滑动轴承已知的结构类型中相对于第二支承件可运动地导向。在此，具有那个或者那些滑动元件的支承件或者能够是被支承的支承件然而或者能够是进行支承的支承件(机械的框架)。这对于本发明不重要。同样地，所提出的滑动元件能够用于在机械意义下的任意轴承类型，例如径向轴承、轴向轴承或者组合的轴向/径向轴承等等。
滑动轴承总体的优选的扩展方案在第一支承件上与滑动元件(必要时也与滑动轴承)在空间上分隔开地设置评估电路，为了进行信号传递，滑动元件的功能电路可松脱地或者可替换地通过传导部与所述评估电路连接。为此，能够在评估电路和功能电路之间设置例如特别的接触接口。
通过传导部与评估电路连接的相应的接触装置能够例如设置在第一支承件的壳体件上，所述第一支承件保持至少一个滑动元件。
壳体件能够具有裂口或者开口、钻孔或者诸如此类的，所述裂口或者开口、钻孔或者诸如此类的从壳体件的表面导向至被保持在其中的滑动元件，从而导体带结构的接触区域能够被触点接通并且能够通过传导部有线地与评估电路连接。
接触装置尤其能够具有用于在评估电路和功能电路、尤其它们的接触区域之间可松脱地触点接通的弹簧接触销，以使滑动元件的替换变容易。通过用于与那个或者那些滑动元件可松脱地触点接通的接口能够使在制造上更昂贵的或者成本更高的部件与所述滑动元件分隔开地布置在滑动轴承的不容易磨损的部分上。
此外，接触装置能够实施为用于使滑动元件位置固定，例如用于使滑动元件在轴向上和/或在径向上位置固定。这尤其能够通过合适的壳体构型实现，从而与导电地进行接触同时地进行机械式限动。
视滑动轴承应用而定地，第一支承件能够例如实施为轴承壳体或者轴承滑座。然而，第一支承件也能够是例如用于实施为轴套的滑动元件的轴承接收部。
在第一支承件上能够安装一模块，该模块包括评估电路以及能量供给装置(例如用于评估电路的电池)。
在一种扩展方案、尤其用于线性导向装置的扩展方案中设置：具有评估电路的第一支承件包括具有相应的功能电路的滑动元件。滑动元件中每个都能够可替换地或者可松脱地与评估电路电连接，从而用相同的评估电路监测多个滑动元件。评估电路评估至少一个运行参数(例如作为功能电路的简单导体环路的状态或者电阻)。根据WO 2017/182662A1，例如能够通过对取决于磨损的导体断开的监测获得关于滑动轴承或者滑动元件的运行状态的有价值的信息。
此外，评估电路能够包括通信模块、尤其无线通信模块，所述通信模块设置用于向上一级的监测系统传输评估结果。为此，能够使用任意的有线的或者无线的技术来进行数据传递。
所提出的滑动元件或者滑动轴承尤其适用于使用在无润滑剂的线性滑动导向装置中，但是也适用于多种其它的滑动轴承、例如用于无润滑剂地进行径向支承的滑动轴承套。
附图说明
在不限制上述的教导的普遍性的情况下从根据随附的插图对优选实施例的随后的说明产生另外的细节、特征和优点。在这里示出：
图1A-1B具有电式功能电路的塑料滑动元件的立体视图，所述功能电路具有用于检测运行参数的传感器功能；
图2A-2B用于可松脱地触点接通在根据图1A-1B的滑动元件上的功能电路的接触装置的立体视图；
图3在部分地分解示图中的用于线性导向装置的轴承滑座的立体视图，该线性导向装置具有多个根据图1A-1B的滑动元件和根据图2A-2B的接触装置以及带有评估电路和能量供给装置的模块；
图4A-4C在纵截面(图4A)、以前视图(图4B)和纵截面的部分放大图(图4C：相应于图4A的C)中的根据第二实施例的塑料滑动元件(在这里用于径向轴承)的视图，该塑料滑动元件具有集成的功能电路；和
图5A-5B分别在立体视图中的(例如根据图4A-4C的)集成在用于径向轴承的塑料成形件中的两种功能电路。
具体实施方式
在图1A-1B中纯示例性地示出的滑动元件(总体上用10表示)包括成形件12作为主要组成部分，所述成形件用注塑工艺由摩擦聚合物预先制造，例如由igus GmbH，D-51147科隆的
Figure BDA0003057422140000101
型的摩擦聚合物预先制造。成形件12构成用于使两个支承件可运动地被导向和滑动式相对支承的、位于内部的滑动面14。凹形的滑动面14在图1A-1B中基本上柱形地构型，例如用于在(具有在横截面内圆形的导向型材的)型材轨上，例如在igus GmbH的
Figure BDA0003057422140000111
型的金属制成的双轨(未示出)上线性地滑动导向。成形件12的其它的型材横截面也处于本发明的框架内。滑动元件10的与导向有关的几何结构和结构类型能够例如相应于来自WO 97/40281 A1的教导、来自US 7,217,034 B2或者DE 20 2004 016 094 U1和还有来自DE 20 2016 101 698 U1的教导，在这里为了简短起见，将它们的与此有关的教导包括在内。
在滑动元件10的与滑动面14对置的外面13上预先制造用注塑工艺的凹进部结构15。凹进部结构15以关于外面13的轮廓或者包套在这里保持恒定的深度构成相对于外面13的连通的凹陷。凹进部结构15的最下点或者底部位于到对置的滑动面14保持恒定的间距内。预先确定的深度相应于关于磨耗的滑动面14在名义上的磨损极限，在达到所述磨损极限时，应替换滑动元件10。所期望的深度能够用注塑工艺精确地调整。在磨损极限方面，例如参看来自WO 2017/182662 A1的教导。凹进部结构15的横截面能够是矩形的或者正方形的、例如具有大约0.5-1mm的边长。
在凸出的外面13上的凹进部结构15中引入电式的功能电路16，所述功能电路在这里完全地填充或者占据凹进部结构15的底部。在图1A-1B的实施例中凹进部结构15和因此功能电路16在多个曲流形的或者U形的环路中延伸并且以尤其两个端侧的环区段16A，16B在滑动面14的有效的周向角以及有效的轴向长度的主要部分上延伸，所述环区段除了边缘区域之外相当于滑动面14的整个周缘。凹进部结构15或者功能电路16的所选择的拓扑结构应对所有的安装位置实现滑动面14的根据经验对磨损关键的部分区域尽可能好地覆盖，这典型地取决于滑动元件10的类型和其应用。
在根据图1-3的实施例中，功能电路16应检测累进的磨损作为运行参数，所述累进的磨损降低滑动元件10的有用的壁厚度。为此，功能电路16在这里仅由曲流状地布置的导体环路(所述导体环路用作磨损敏感的探测器17，用于检测导体环路的由磨损决定的断开)以及在该导体环路的敞开端部上的两个接触区域18A，18B组成。接触区域18A，18B用于可替换地触点接通，如以下对图2A-2B解释的那样。因此，功能电路16是纯被动的，不具有显著的电部件(电阻、电容器、线圈)并且因此能够以小的制造成本产生。
根据本发明，将功能电路16以合适的技术直接在凹进部结构15以内施加到成形件12上，例如以MID技术或者通过直接打印或者合适的AM工艺、例如EB工艺施加。因此，功能电路16(即，在这里由导体带17A或者说探测器17和接触区域18A，18B组成的导体环路)能够直接地和集成地在过程步骤中被涂覆。功能电路16的导电结构能够例如由合适的能打印的银膏或者具有合适的碳成分的热塑性塑料制造。在完全硬化之后，探测器结构17或者说导体带17A应具有比成形件12的摩擦聚合物高多倍的导电性。在需要时，能够首先将粘附剂同样地以相应的打印技术或者AM技术涂覆到凹进部结构15的底部上。
为了可靠地触点接通，与用于探测器17的导体带拓扑结构的其它导体带17A的大约5-50μm相比，接触区域18A，18B应具有更大的、例如在250-400μm的范围内的层厚度。构成探测器17的导体带17A的导体宽度相当于凹进部结构15的预先定义的宽度，例如视滑动元件10的尺寸而定地，大约500μm直至几毫米。
图2A-2B示出一种接触装置20，所述接触装置简化滑动元件10的替换。接触装置20包括两个弹簧接触销或者压力弹簧触头22，用于电式触点接通在滑动元件10上的功能电路16的端侧的接触区域18A，18B(由图2B中的箭头示出)。弹簧接触销22与附加的插头销23一起安装在导体板24上并且与其分别导电地连接。插头销23用于与评估电路39B的连接传导部插入式连接(图3)。导体板24紧固在盖式的保持件25上，所述盖式的保持件制造为注塑成形件并且具有两个用于紧固的保持臂26。保持件25还包括止动销27，所述止动销配合到在滑动元件10上的止动槽19中(参看图1B和图2B)以使滑动元件10在轴向上位置固定。
图3示出导向滑座30作为线性滑动导向装置的被支承的支承件，所述线性滑动导向装置具有例如四个根据图1A-1B的、用于滑动支承在双型材轨上的结构相同的滑动元件10。必要时也能够使用仅一个根据图1A-1B的、用作指示器的滑动元件10与三个常规的滑动元件。滑动元件10分别被接收在单独的壳体轴承32中，所述壳体轴承在拐角侧安装在导向滑座30的滑座板37上。滑座板37用于装配在待导向的机器件上。至少一个或者多个滑动元件10具有功能电路16(图1A-1B)，所述功能电路根据所配属的接触装置20(图2A-2B)电式触点接通。接触装置20布置在相应的接收部33中并且能借助保持臂26与相应的壳体轴承32的端面侧的卡锁开口35无工具地卡锁。在滑座板37中，对每个接收部33添加或者设置具有插孔的传导通道34，用于相应的功能电路16的相应的连接传导部在所述传导通道中被导向。压力弹簧触头22和插头销23的触点接通在接触装置20卡锁时进行。
在导向滑座30的下侧处设置有接收部38，在所述接收部中设置有用于通过相应的接触装置20衔接所述功能电路16的电子模块39A。模块39A包括共同的评估电路39B(例如具有微处理器)和用于能量供给的电池39C。根据接触装置20，能够在达到使用寿命时容易地、尤其在模块39A上没有干预地替换滑动元件10。
在此，评估电路39B通过所衔接的功能电路16至少监测滑动元件10的磨损状态。如果滑动元件10的磨蚀达到预先确定的磨损极限，则探测器结构17被切断或者其电阻提高。评估电路39B检测以功能电路16构成的电流回路是否被中断或者电阻强烈地升高并且因此识别出达到磨损极限。
此外，评估电路39B能够检测滑动轴承的另外的运行参数，例如加速度值、温度值、湿度值。评估电路39B包括通信模块(未单独地示出)，用于将传感器数据或者评估结果(例如通过用于无线通信的合适的协议)向上一级的监测系统进行数据传输。在合适的通信技术方面，为了简短，例如参看来自WO 2018/115528 A1、尤其在那里的图8-9的教导。
滑动轴承和因而塑料滑动元件的支承构造型式基本上不重要。在具有高的负荷(也就是说，强的磨损)的应用中和/或在预瞻性的或者面向状态的维护值得期待的那些应用中，具有根据本发明地集成的传感装置的滑动元件是特别有利的。
图4A-4C示出用于径向轴承的滑动元件40(在这里实施为滑动轴承套)作为另外的实施例。滑动元件40包括成形件42作为主要组件，所述成形件用注塑技术由摩擦聚合物(例如igus GmbH，D-51147科隆的
Figure BDA0003057422140000131
型的摩擦聚合物)预先制造。
成形件42构成关于轴线A对称地并且围绕该轴线A闭合地、为了无润滑地径向支承未示出的构件(例如可转动的金属轴)的位于内部的圆柱形的滑动面44A。对后者，视所期望的支承配对或者滑动配对而定地，针对小的摩擦系数适当地选择成形件42的摩擦聚合物。作为可选的附加组件，一体的滑动元件40在这里具有由其它的、优选更坚固的塑料制成的、加固的外套43，所述外套通过对预先制造的成形件42注塑包封而设置在成形件42的外表面44B上。在图4A-4C中，外套43是完全地环绕轴线A的并且必要时也能够包围成形件42的轴向端面(在这里未示出)。外套43能够由高强度的塑料制造并且构成提高机械刚性或者强度的包封部，例如用于>100MPa的高的负荷。外套43与成形件42材料锁合地或者不可分地连接成一件或者一体地连接。滑动元件40能够例如用多组分工艺制造。
在图4A-4C中，滑动元件40与内部的成形件42和外套43总体上基本上柱形地和一件式地实施。滑动元件40作为进行支承的构件安装(例如，装配入或者压入)到支承件41(框架)的相配的接收部中。支承件41在图4A-4C中仅部分地和纯示意性地作为直角平行六面体示出。
在与凹形的滑动面44A对置的表面44B上，成形件42具有凹进部结构45，所述凹进部结构作为在凸状的表面44B中的连通的凹陷预先制造。根据类似于图1-3的原理，也在图4A-4C中，将电式功能电路46引入到凹进部结构45中，所述功能电路由导体带47A制成的结构组成并且例如完全地覆盖或者填充凹进部结构45的底部。功能电路46延伸为使得由导体带47A组成的结构47构成用于磨损显示的探测器并且至少检测成形件42的经验上已知为关键的区域，例如以滑动面44A的围绕轴线A的基本上整个有效的周向角和/或整个有效的轴向长度上的环路检测。在此，导体带47A构造在成形件42的外面上，所述成形件用作载体。
凹进部结构45的最下点或者底部位于到对置的滑动面44A保持恒定的间距内，所述滑动面与名义上的第一磨损阈值W1相应，在预先制造的成形件42中，所述名义上的第一磨损阈值能够用注塑工艺相对精确地调整。在滑动面44A超过预先定义的磨损阈值W1越来越多地损耗时，应替换滑动元件40，然而至少至第二磨损阈值W2(图4C)保持有功能能力。凹进部结构45的横截面能够是例如矩形的或者正方形的(例如具有大约0.5-1mm的边长)，如在图4C中直观地说明的。
根据图4A-4C的外套43同时用作功能电路46的保护部和用作导体带结构47的向径向外部的机械式推力轴承，从而该导体带结构尤其不能非期望地与成形件42分离。
图5A-5B示出在成形件42或者52上的导体带结构47或者57的视负荷而定地合适的延伸(在这里没有可选的优选的包封部)。图5A的滑动元件40与图4A-4C相应并且示出具有围绕轴线A主要在周缘上延伸的导体带结构47，也就是说，在图5A中，导体带结构47的方向分量(分别以向量观察)主要环绕轴线A。如图5A示出地，来自图4A-4C的探测器或者导体带结构47具有向内转向的或者嵌套的导体环路，所述导体环路构成从两个必要时加强的、用于有线地触点接通的接触区域48A，48B出发的两极，类似于图1A-1B。
图5B示出导体带结构57的一种替代的延伸，即在轴线A的方向上主要在轴向上曲流状地、然而也在整个周向上延伸。导体带结构57也构成从接触区域58A，58B出发的两极。视主要负荷而定地，与所示出的不同的几何结构也适合并且是可能的，例如大致正弦形的(在周向面的展开中看)、简单环状地环绕的等等。
被施加到滑动元件40；50的成形件42；52上的导体带结构47；57分别作为用于在运行时超过磨损极限W1的探测器或者显示部使用。在滑动元件40；50累进的磨损的情况下，导体带47A，57A中的至少一个由于磨蚀而磨耗或者损坏，也就是说，电阻可测量地升高。这能够与图1-3相应地在信号技术上简单地检测，例如通过电压、电流、电阻或者电导的测量来检测，例如通过评估电路(参看图3，39B)检测，所述评估电路相应地接通一信号或者输出表明要更换滑动元件40；50的消息。在此，功能电路46出现电阻的减小首先能够表明达到磨损极限W1，并且导体带结构47的断开表明达到磨损极限W2。
可通过在外套43中的径向通道开口49A和在支承件41中的对齐的通道开口49B(例如钻孔)从外部接触到接触区域48A，48B或者58A，58B。通过开口49A，49B建立与接触区域48A，48B或者58A，58B的有线的可松脱的连接或者触点接通，用于进行信号截取。为此，优选合适的接触装置类似于图2A-2B地、然而以两个弹簧加载的接触销22装入到通道开口49A，49B中，从而滑动元件40，50能在轴向方向A上、优选在不移开接触装置的情况下替换，并且触点接通自动地松开或者重建。优选地，预先制造在外套43中的、用于两个接触区域48A，48B的共同的径向通道开口49A并且在滑动元件40，50或者轴套的轴向结构长度上大致居中地设置。通道开口49A，49B具有优选相同的直径并且在这里也能够与接触装置(未示出)一起用于轴向止动。
具有导体带结构47；57和接触区域48A，48B或者58A，58B的功能电路46能够在过程技术上借助于不同的合适的过程施加到成形件42；52上或者集成到其中。自动化的过程(例如MID制造工艺、3D打印、模内复膜等等)能够是优选的。接着，能够可选地进行部分地或者至少主要地进行保护的封装(通道开口49A除外)，例如通过单独的注塑包封进行或者也在3D打印的过程中进行。在图4A-4C中的功能电路是纯被动的。如电阻、电容器、线圈、IC等等这样的电部件能够设置用于检测其它的运行参数。在此可能地，用MID技术制造是有利的，其中，也能够通过与成形件一体的外套封装。塑料滑动元件40；50尤其在例如由评估电路39B进行信号评估方面的另外的特征能够相应于图1-3。
因此，对表明磨损的传感装置替代地或者补充地，能够使用具有用于待监测的运行参数(例如力、温度、安装位置或者相对位置)的不同的探测器的功能电路。
本发明既定地实现滑动元件或者配备有滑动元件的滑动轴承的状态监测并且帮助避免例如计划外的停止运转、优化地充分利用滑动元件的使用寿命和/或降低维护成本。
附图标记列表
图1A-1B
10 滑动元件
12 成形件
13 外表面
14 滑动面
15 凹进部结构
16 功能电路
16A，16B 环式区段
17 探测器(导体带结构)
17A 导体带
18A，18B 接触区域
19 止动槽
图2A-2B
10 滑动元件
12 成形件
13 外表面
14 滑动面
16 功能电路
20 接触装置
22 弹簧接触销/压力弹簧触头
23 插头销
24 导体板
25 保持件
26 保持臂
27 止动销
图3
10 滑动元件
16 功能电路
20 接触装置
30 导向滑座
32 (用于滑动元件的)壳体轴承
33 (用于接触装置的)接收部
34 传导通道
36 卡锁开口
37 滑座板
38 (用于模块39A的)接收部
39A 模块
39B 评估电路
39C 电池
图4A-4C，图5A
40 滑动元件
41 支承件
42 成形件
43 外套
44A 滑动面
44B 外表面
45 凹进部结构
46 功能电路
47 导体带结构(这里是探测器)
47A 导体带
48A，48B 接触区域
49A，49B 通道开口
A 支承轴线
W1，W2 磨损极限
图5B
50 滑动元件
52 成形件
57 导体带结构(这里是探测器)
57A 导体带
58A，58B 接触区域

Claims (20)

1.一种用于无润滑剂地支承在滑动轴承中的塑料滑动元件(10；40)，其中，所述滑动元件(10；49)包括由塑料制造的、尤其用注塑工艺制造的成形件(12；42)，所述成形件具有用于两个支承件的相对彼此可运动地导向的滑动面(14；44A)，其中，在所述成形件(12；42)上布置有电式的功能电路(16；46)，所述功能电路具有用于检测运行参数的传感器功能；
其特征在于，所述功能电路(16；46)包括至少一个导体带结构(17，17A；47，47A)，所述至少一个导体带结构构造在作为所述导体带结构的载体的成形件(12)上，其中，所述功能电路优选通过增材式制造工艺(AM工艺)施加在由塑料优选预先制造的所述成形件(12；42)上。
2.根据权利要求1所述的滑动元件，其特征在于，所述成形件(12；42)由摩擦聚合物预先制造并且用作所述功能电路(16；46)的电路载体、尤其注塑成型的电路载体。
3.根据权利要求1或2所述的滑动元件，其特征在于，所述功能电路(16；46)包括在所述运行参数方面敏感的探测区域(17；47)。
4.根据权利要求3所述的滑动元件，其特征在于，所述探测区域(17；47)在所述滑动元件(10；40)的新状态下具有到所述滑动面(14；44A)预先定义的间距和/或设置在所述成形件(12；42)的与所述滑动面(14；44A)对置的表面(44B)上。
5.根据权利要求3或4所述的滑动元件，其特征在于，所述探测区域(17；47)至少部分地沿着要识别的磨损极限(W1)延伸，使得能通过所述功能电路探测所述磨损极限(W1)的超过，和/或所述探测区域(17；47)在所述滑动面(14；44A)的周向角或者轴向长度的至少主要份额上延伸。
6.根据以上权利要求中任一项所述的滑动元件，其特征在于，所述成形件(12；42)在一表面(13；44B)上、尤其与所述滑动面(14；44A)对置的表面上具有凹进部结构(15；45)，所述功能电路(16；46)至少部分地或者完全地放入所述凹进部结构中，其中，所述表面(13，44B)优选凸状地实施。
7.根据权利要求6所述的滑动元件，其特征在于，所述凹进部结构(15；45)包括凹陷部，所述凹陷部至少局部地以到所述滑动面(14；44A)的一间距延伸，所述间距相应于所述滑动元件(10；40)的要识别的磨耗度。
8.根据以上权利要求中任一项所述的滑动元件，其特征在于，所述导体带结构(17，17A；47，17A)直接地和/或集成地涂覆到预先制造的所述成形件(12；42)上，优选通过MID工艺或者EB工艺涂覆，并且所述导体带结构与所述成形件(12；42)材料锁合地连接。
9.根据以上权利要求中任一项所述的滑动元件，其特征在于，所述导体带结构(17，17A；47，47A)由一材料制造，所述材料具有比所述成形件(12)的塑料明显更高的导电性，所述导体带结构尤其由具有银成分、铜成分和/或碳成分的材料制造。
10.根据以上权利要求中任一项所述的滑动元件，其特征在于，所述导体带结构(17，17A；47，47A)包括导体带(17A；47A)、优选增材式施加的导体带(17A；47A)，所述导体带具有第一层厚度，优选在0.5-5mm的导体宽度的情况下具有≤200μm、特别优选≤100μm的第一层厚度，以及所述导体带结构包括接触区域(18A，18B；48A，48B)、优选用于能松脱地触点接通的增材式施加的接触区域，所述接触区域具有相对于所述第一层厚度明显更大的第二层厚度，优选具有≥200μm、尤其在250-500μm的范围内的第二层厚度。
11.根据以上权利要求中任一项所述的滑动元件，其特征在于，所述功能电路(16；46)被动地实施并且尤其由导体带(17A；47A)和接触区域(18A，18B；48A，48B)组成和/或用于纯电阻性的磨损识别，尤其由于传导部断开的磨损识别。
12.根据以上权利要求中任一项所述的滑动元件，其特征在于，所述成形件(12；42)包括摩擦聚合物，尤其由摩擦聚合物预先制造，所述摩擦聚合物具有基底聚合物和固体润滑剂并且优选具有加强纤维和/或填料。
13.根据以上权利要求中任一项所述的滑动元件，其特征在于，所述滑动元件具有用于稳定化所述成形件(42)的包封部(43)，所述包封部被施加到由塑料制成的成形件(42)上，尤其通过用另外的塑料、优选用高强度塑料注塑包封来施加，在所述成形件上构造有所述导体带结构。
14.一种用于无润滑剂地支承的滑动轴承，尤其是线性滑动轴承和/或径向滑动轴承，其具有第一支承件(30；41)和第二支承件，其中，所述第一支承件(30；41)包括至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的滑动元件(10；40)，所述滑动元件用于使所述第二支承件相对于所述第一支承件可运动地导向，
其特征在于，在所述第一支承件(30；41)上设置有评估电路(39B)，所述评估电路与在至少一个滑动元件(10；40)上的功能电路(16；46)能松脱地连接。
15.根据权利要求14所述的滑动轴承，其特征在于，所述第一支承件(30，41)在保持所述至少一个滑动元件(10；40)的壳体件(32)上具有与所述评估电路(39B)连接的接触装置(20)，所述接触装置尤其具有弹簧接触销(22)，所述弹簧接触销用于使所述评估电路(39B)与所述功能电路(16；46)能松脱地触点接通。
16.根据权利要求15所述的滑动轴承，其特征在于，所述接触装置(20)具有用于使所述滑动元件(10)位置固定、尤其在轴向上和/或在径向上位置固定的保持件(25)。
17.根据权利要求14、15或16所述的滑动轴承，其特征在于，所述第一支承件实施为轴承壳体或者轴承滑座(30)或者实施为轴承套并且包括安装在其上的、具有所述评估电路(39B)和具有能量供给装置(39C)的模块(39A)。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述第一支承件(30)包括根据权利要求1至13中任一项所述的第一滑动元件(10)和根据权利要求1至13中任一项所述的第二滑动元件(10)，其中，所述第一滑动元件和第二滑动元件的相应的功能电路(16)与所述评估电路(39B)能松脱地连接，用于信号传递。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述评估电路(39B)根据所述功能电路(16)评估至少一个运行参数并且包括通信模块，所述通信模块设置用于向上一级的监测系统传输评估结果。
20.一种根据权利要求14至19中任一项所述的滑动轴承在无润滑剂的线性滑动导向装置中或者在无润滑剂的径向和/或轴向轴承中的应用。
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