DE102014219737B4

DE102014219737B4 - Device for detecting a torque applied to a rotatably mounted component

Info

Publication number: DE102014219737B4
Application number: DE102014219737.6A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gierl; Frank Benkert; Christian Albrecht
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2034-10-01
Also published as: WO2016050241A1; DE102014219737A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Erfassung eines an einem drehbar gelagerten Bauelement (2) anliegenden Drehmoments, wobei das drehbar gelagerte Bauelement (2) wenigstens ein drehfest befestigbares oder befestigtes Trägerbauteil (3) umfasst, wobei das Trägerbauteil (3) zumindest abschnittsweise mit wenigstens einer Dehnmessstreifenanordnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil (3) ein auf das drehbar gelagerte Bauelement (2) aufschiebbares oder aufgeschobenes Hülsenbauteil ist, oder dass das Trägerbauteil (3) ein zwischen zwei benachbart angeordneten drehbar gelagerten Bauelementsegmenten (2a ,2b) einsetzbares oder eingesetztes Einsatzbauteil ist.Device (1) for detecting a torque applied to a rotatably mounted component (2), the rotatably mounted component (2) comprising at least one non-rotatably attachable or fastened support component (3), the support component (3) at least in sections with at least one strain gauge arrangement is provided, characterized in that the carrier component (3) is a sleeve component that can be pushed or pushed onto the rotatably mounted component (2), or that the carrier component (3) can be inserted or inserted between two adjacent rotatably mounted component segments (2a, 2b) Insert component is.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines an einem drehbar gelagerten Bauelement anliegenden Drehmoments.The invention relates to a device for detecting a torque applied to a rotatably mounted component.

Vorrichtungen zur Erfassung eines an einem drehbar gelagerten Bauelement anliegenden Drehmoments sind in Aufbau und Funktion prinzipiell bekannt. Einsatz- bzw. Verwendungsgebiete entsprechender Vorrichtungen liegen im Allgemeinen im Bereich drehbar gelagerter Bauelemente, wie z. B. Lager und/oder Wellen, so dass auf die drehbar gelagerten Bauelemente wirkenden Momente und somit deren mechanische Lastzustände erfasst werden können.Devices for detecting a torque applied to a rotatably mounted component are known in principle in terms of structure and function. Areas of application and use of corresponding devices are generally in the area of rotatably mounted components, such as. B. bearings and / or shafts, so that moments acting on the rotatably mounted components and thus their mechanical load states can be detected.

Es ist dabei bekannt, eine eine Drehmomenterfassungsanordnung bildende Beschichtung als Teil einer entsprechenden Vorrichtung unmittelbar auf einem entsprechenden drehbar gelagerten Bauelement auszubilden. Entsprechende Beschichtungen sind in der Regel aus verformungssensitiven Materialien, d. h. Materialien, welche in Abhängigkeit einer Verformung, allgemein in Abhängigkeit einer an diesen anliegenden mechanischen Last, wenigstens einen materialspezifischen Kennwert ändern, gebildet oder umfassen solche Materialien.It is known to form a coating forming a torque detection arrangement as part of a corresponding device directly on a corresponding rotatably mounted component. Corresponding coatings are usually made of deformation-sensitive materials, i. H. Materials which form or comprise such materials as a function of a deformation, generally as a function of a mechanical load applied to them, change at least one material-specific characteristic value.

Es existieren jedoch Bauelementoberflächen bzw. Bauelementgeometrien, welche sich nicht oder nicht ohne weiteres mit einer entsprechenden eine Drehmomenterfassungsanordnung bildenden Beschichtung versehen lassen.However, there are component surfaces or component geometries which cannot or cannot be provided with a corresponding coating which forms a torque detection arrangement.

Die DE 10 2013 209 262 A1 beschreibt ein motorisch und/oder mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug mit einem Elektromotor, einem Kurbeltrieb mit zwei Kurbeln und einer Kurbelwelle, einem am Kurbeltrieb angeordneten und einen Oberflächenwellensensor umfassenden Drehmomentsensor zur Erfassung eines von einem Fahrer am Kurbeltrieb aufgebrachten Drehmoments sowie einer Steuereinheit, die den Elektromotor basierend auf den vom Drehmomentsensor erfassten Werten steuert.The DE 10 2013 209 262 A1 describes a motor vehicle that can be operated with motor power and / or muscle power with an electric motor, a crank mechanism with two cranks and a crank shaft, a torque sensor arranged on the crank mechanism and comprising a surface wave sensor for detecting a torque applied by a driver to the crank mechanism and a control unit that bases the electric motor controls on the values detected by the torque sensor.

Die DE 10 2013 202 383 A1 beschreibt eine Drehmomentmessvorrichtung mit einer innere Antriebswelle, eine mit dieser verbundene und diese koaxial umgebende Abtriebs-Hohlwelle, die zur Drehmomentmessung eine Direktbeschichtung mit einem Dehnungsmessstreifen aufweist.The DE 10 2013 202 383 A1 describes a torque measuring device with an inner drive shaft, a hollow output shaft connected to it and coaxially surrounding it, which has a direct coating with a strain gauge for torque measurement.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Erfassung eines an einem drehbar gelagerten Bauelement anliegenden Drehmoments anzugeben.The invention is based on the object of specifying an improved device for detecting a torque applied to a rotatably mounted component.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannte Art gelöst, welche sich durch wenigstens ein an einem drehbar gelagerten Bauelement drehfest befestigbares oder befestigtes Trägerbauteil, wobei das Trägerbauteil zumindest abschnittsweise mit wenigstens einer aus wenigstens einem unter Verformung wenigstens einen materialspezifischen Kennwert ändernden verformungssensitiven Material gebildeten oder wenigstens ein solches umfassenden, eine Drehmomenterfassungsanordnung bildenden Beschichtung versehen ist, auszeichnet.The object is achieved by a device of the type mentioned at the outset, which is formed by at least one support component which can be attached or fastened in a rotationally fixed manner to a rotatably mounted component, the support component being formed, at least in sections, with at least one deformation-sensitive material which changes from at least one material-specific characteristic value under deformation at least one such coating, which forms a torque detection arrangement, is provided.

Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Erfassung eines an einem drehbar gelagerten Bauelement, d. h. typischerweise einem Maschinenelement, wie einem Lager, d. h. z. B. einem Gleit- oder Wälzlager, und/oder einer Welle, d. h. z. B. einer Hohl- oder Vollwelle, anliegenden Drehmoments umfasst also wenigstens ein Trägerbauteil, welches an dem oder allgemein einem drehbar gelagerten Bauelement, im Weiteren kurz Bauelement, drehfest befestigbar oder befestigt ist.The proposed device for detecting a on a rotatably mounted component, i. H. typically a machine element, such as a bearing, e.g. H. e.g. B. a plain or rolling bearing, and / or a shaft, d. H. e.g. B. a hollow or solid shaft, applied torque thus comprises at least one carrier component which is or non-rotatably fastened or fastened to the or generally a rotatably mounted component, hereinafter also a component.

Das Trägerbauteil ist zumindest abschnittsweise mit wenigstens einer Beschichtung versehen. Das Trägerbauteil stellt also einen Träger für eine Beschichtung dar. Die Beschichtung ist, insbesondere vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, vorzugsweise PVD- Verfahren (Physical-Vapour-Deposition) und/oder CVD-Verfahren (Chemical-Vapour-Deposition), auf dem Trägerbauteil oder einer auf dem Trägerbauteil zuvor aufgebrachten Schicht aufgebracht.The carrier component is provided at least in sections with at least one coating. The carrier component thus represents a carrier for a coating. The coating is, in particular by means of physical and / or chemical deposition processes, preferably PVD (physical vapor deposition) and / or CVD (chemical vapor deposition) processes applied to the carrier component or to a layer previously applied to the carrier component.

Die oder allgemein eine entsprechende Beschichtung ist aus wenigstens einem unter Verformung wenigstens einen materialspezifischen Kennwert, wie z. B. den elektrischen Widerstand, ändernden verformungssensitiven Material gebildet oder umfasst wenigstens ein solches Material. Die Beschichtung bildet deshalb eine Drehmomenterfassungsanordnung. Wie sich im Weiteren ergibt, ist unter einer Drehmomenterfassungsanordnung eine Dehnmessstreifenanordnung zu verstehen.The or generally a corresponding coating is made of at least one material-specific characteristic under deformation, such as. B. formed the electrical resistance, changing deformation-sensitive material or comprises at least one such material. The coating therefore forms a torque detection arrangement. As follows, a torque measuring arrangement is to be understood as a strain gauge arrangement.

An der Vorrichtung ist also wesentlich, dass eine entsprechende eine Drehmomenterfassungsanordnung bildende Beschichtung, im Weiteren kurz Beschichtung, nicht auf dem drehbar gelagerten Bauelement, an welchem eine Erfassung eines anliegenden Drehmoments bzw. allgemein eine Erfassung einer anliegenden mechanischen Last vorzunehmen ist, sondern auf einem zu diesem Bauelement separaten Trägerbauteil aufgebracht ist. Hierdurch wird den eingangs erwähnten Problemen im Zusammenhang mit der nicht oder nicht ohne weiteres möglichen Beschichtung bestimmter Bauelemente bzw. Bauelementgeometrien Rechnung getragen. Die Vorrichtung stellt daher ein einfaches und wirtschaftliches, gleichwohl zuverlässiges Prinzip zur Erfassung von Drehmomenten an drehbar gelagerten Bauelementen dar.It is therefore essential on the device that a corresponding coating forming a torque detection arrangement, hereinafter also a coating, is not on the rotatably mounted component on which a detection of an applied torque or generally a detection of an applied mechanical load is to be carried out, but rather on one separate component is applied to this component. This takes into account the problems mentioned at the outset in connection with the coating of certain components or component geometries which is not or not readily possible. The device therefore provides a simple and economical, yet reliable principle Acquisition of torques on rotatably mounted components.

Bei einem entsprechenden verformungssensitiven Material kann es sich z. B. um ein Metall, insbesondere auch eine Metalllegierung, oder einen Halbleiter handeln. Als Metalllegierung kommt beispielsweise eine Nickel-Legierung, z. B. eine Nickel-Chrom-Legierung, in Betracht. Als Halbleiter kommt beispielsweise ein so genannter III - V-Halbleiter, wie z. B. Al_xGa_1-xAs, in Betracht. Ein entsprechendes verformungssensitives Material ist insbesondere vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, vorzugsweise PVD- Verfahren (Physical-Vapour-Deposition) und/oder CVD-Verfahren (Chemical-Vapour-Deposition), auf dem Trägerbauteil oder einer auf dem Trägerbauteil zuvor aufgebrachten Schicht aufgebracht.With a corresponding deformation-sensitive material, it can e.g. B. a metal, in particular a metal alloy, or a semiconductor. As a metal alloy comes, for example, a nickel alloy, e.g. B. a nickel-chromium alloy. As a semiconductor comes for example a so-called III - V semiconductor, such as. B. Al _x Ga _1-x As. A corresponding deformation-sensitive material is in particular by means of physical and / or chemical deposition processes, preferably PVD processes (physical vapor deposition) and / or CVD processes (chemical vapor deposition), on the carrier component or on a layer previously applied to the carrier component upset.

Das Funktionsprinzip der Vorrichtung beruht darauf, dass betriebsbedingte, d. h. last- bzw. momentbedingte, Verformungen des Bauelements auf das drehfest an diesem befestigte Trägerbauteil und weiter auf die auf diesem aufgebrachte Beschichtung übertragen werden. In einem verformten Zustand, d. h. in Abhängigkeit einer gegebenen Verformung, bei welcher es sich z. B. um eine Dehnung bzw. Streckung oder um eine Stauchung handeln kann, ändert sich wenigstens ein materialspezifischer Kennwert, wie z. B. der elektrische Widerstand, im Vergleich zu einem nicht verformten Zustand. Die Änderung materialspezifischer Kennwerte begründet sich insbesondere durch verformungsbedingte Geometrieänderungen der Beschichtung und, insbesondere bei Halbleitern, piezoresistive Effekte. Aus erfassten relativen Änderungen materialspezifischer Kennwerte lassen sich vermittels geeigneter Auswertealgorithmen, typischerweise implementiert in einer der Vorrichtung zugehörigen oder zugeordneten Auswerteeinrichtung, Rückschlüsse auf an dem Bauelement anliegende Lasten bzw. Momente ziehen.The operating principle of the device is based on the fact that operational, ie. H. Load or torque-related deformations of the component are transmitted to the carrier component fixedly attached to the component and further to the coating applied to it. In a deformed state, i.e. H. depending on a given deformation, which is z. B. can be an expansion or stretching or a compression, changes at least one material-specific characteristic value, such as. B. the electrical resistance compared to an undeformed state. The change in material-specific parameters is based in particular on deformation-related changes in the geometry of the coating and, particularly in the case of semiconductors, piezoresistive effects. Conclusions about loads or moments applied to the component can be drawn from detected relative changes in material-specific characteristic values by means of suitable evaluation algorithms, typically implemented in an evaluation device associated or assigned to the device.

Bei einem entsprechenden Trägerbauteil handelt es sich erfindungsgemäß entweder um ein Hülsenbauteil, mithin um ein hülsenartiges, typischerweise hohlzylindrisches, Bauteil, das auf das oder ein drehbar gelagertes Bauelement aufschiebbar oder aufgeschoben ist. Zwischen dem Hülsenbauteil und dem Bauelement kann dabei eine gewisse Spielpassung gegeben sein. Das Bauelement kann mit einem, z. B. durch eine radiale Einschnürung gebildeten, Hülsensitz für ein entsprechendes Hülsenbauteil versehen sein.According to the invention, a corresponding carrier component is either a sleeve component, and consequently a sleeve-like, typically hollow cylindrical component, which can be pushed or pushed onto the or a rotatably mounted component. A certain clearance fit can be given between the sleeve component and the component. The component can with a, for. B. formed by a radial constriction, sleeve seat for a corresponding sleeve component.

Anderenfalls handelt es sich bei dem Trägerbauteil erfindungsgemäß um ein zwischen zwei benachbart angeordnete drehbar gelagerte Bauelementsegmente einsetzbares oder eingesetztes Einsatzbauteil. Das Einsatzbauteil ist dann also im Sinne eines Zwischensegments zwischen entsprechende benachbart angeordnete Bauelementsegmente einsetzbar bzw. eingesetzt und somit zwischen entsprechende Bauelementsegmente schaltbar bzw. geschaltet. In allen Fällen lässt sich das Trägerbauteil drehfest an dem Bauelement befestigen bzw. ist das Trägerbauteil drehfest an dem Bauelement befestigt. Unter einem entsprechenden Einsatzbauteil kann insbesondere auch ein zwischen zwei Klauenkupplungen als entsprechende drehbar gelagerte Bauelementsegmente einzusetzendes Zwischenstück zu verstehen sein.Otherwise, the carrier component according to the invention is an insert component that can be inserted or inserted between two adjacent rotatably mounted component segments. The insert component can then be inserted or inserted in the sense of an intermediate segment between corresponding adjacent component segments and can thus be switched or switched between corresponding component segments. In all cases, the carrier component can be fastened in a rotationally fixed manner to the component or the carrier component is fastened in a rotationally fixed manner on the component. A corresponding insert component can in particular also be understood to mean an intermediate piece to be inserted between two claw couplings as corresponding rotatably mounted component segments.

Die drehfeste Befestigung des Trägerbauteils an dem oder allgemein einem drehbar gelagerten Bauelement kann grundsätzlich über eine drehfeste Befestigung des Trägerbauteils an dem oder einem Bauelement ermöglichende Befestigungsarten realisiert sein. Trägerbauteil und Bauelement stellen dabei drehfest aneinander zu befestigende oder befestigte Befestigungspartner dar. Bevorzugt ist das Trägerbauteil vermittels einer stoffschlüssigen Befestigungsart drehfest an dem Bauelement befestigbar oder befestigt. Zu entsprechenden stoffschlüssigen Befestigungsarten zählen z. B. Löt-, Klebe- und/oder Schweißverbindungen. Im Zusammenhang mit Klebeverbindungen ist es möglich, das Trägerbauteil und/oder das Bauelement im Bereich entsprechender Klebeflächen für die Ausbildung einer stabilen Klebeverbindung vorzubereiten, d. h. z. B. Aufzurauen. Die Auswahl eines Klebers erfolgt insbesondere in Abhängigkeit der Materialität bzw. Beschaffenheit der aneinander zu befestigenden Befestigungspartner. Insbesondere im Zusammenhang mit Schweißverbindungen sind die Befestigungspartner selbstverständlich aus schweißbaren Materialien gebildet. Hierzu zählen insbesondere schweißbare Eisenlegierungen, insbesondere schweißbare Stähle. Entsprechende Schweißverbindungen können beispielsweise vermittels Laserschweißens, Reibschweißens oder Widerstandsschweißen ausgebildet werden.The rotationally fixed fastening of the carrier component to or, in general, to a rotatably mounted component can in principle be implemented by means of a rotationally fixed fastening of the carrier component to the or a component which enables fastening. The carrier component and the component represent fastening partners to be fastened or fastened to one another in a rotationally fixed manner. The carrier component can preferably be fastened or fastened to the component in a rotationally fixed manner by means of a cohesive fastening type. Corresponding cohesive fastening types include e.g. B. soldered, adhesive and / or welded connections. In connection with adhesive connections, it is possible to prepare the carrier component and / or the component in the area of corresponding adhesive surfaces for the formation of a stable adhesive connection, i. H. e.g. B. Roughening. The choice of an adhesive is made in particular depending on the material or nature of the fastening partners to be fastened to one another. Particularly in connection with welded connections, the fastening partners are of course made of weldable materials. These include in particular weldable iron alloys, in particular weldable steels. Corresponding welded connections can be formed, for example, by means of laser welding, friction welding or resistance welding.

Im Folgenden wird ein Schichtsystem beschrieben, welches neben der Beschichtung wenigstens eine weitere Schicht umfasst, welche oberhalb oder unterhalb der Beschichtung ausgebildet sind. Wie sich im Weiteren ergibt, umfasst das Schichtsystem zweckmäßig eine unterhalb der Beschichtung ausgebildete, d. h. unmittelbar auf dem Trägerbauteil aufgebrachte, Isolationsschicht und eine oberhalb der Beschichtung ausgebildete, d. h. unmittelbar auf der, gegebenenfalls strukturierten, Beschichtung, aufgebrachte Schutzschicht. Das Schichtsystem sieht demnach ausgehend von der Oberfläche des Trägerbauteils zweckmäßig eine Abfolge einer Isolationsschicht, der, gegebenenfalls strukturierten, Beschichtung und einer Schutzschicht vor.A layer system is described below which, in addition to the coating, comprises at least one further layer which is formed above or below the coating. As can be seen further below, the layer system expediently comprises a layer which is formed underneath the coating. H. insulation layer applied directly to the carrier component and a layer formed above the coating, d. H. directly on the, if necessary structured, coating applied protective layer. Accordingly, the layer system expediently provides a sequence of an insulation layer, the optionally structured coating and a protective layer, starting from the surface of the carrier component.

Die Beschichtung zumindest kann also abschnittsweise auf einer zumindest abschnittsweise auf dem Trägerbauteil aufgebrachten elektrisch isolierend ausgebildeten Isolationsschicht aufgebracht sein. Die Isolationsschicht dient insbesondere der Ausbildung einer elektrischen Isolierung zwischen der, wie sich aus obigen Ausführungen zur Materialität der Beschichtung ergibt, typischerweise elektrisch leitfähig ausgebildeten, Beschichtung und dem Trägerbauteil. Die Isolationsschicht ist entsprechend aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet oder umfasst wenigstens ein solches. Als elektrisch isolierendes Material kommt z. B. eine, insbesondere metallische, Oxid- oder Nitridverbindung, wie z. B. Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, oder Mischungen entsprechender Oxid- oder Nitridverbindungen in Betracht. Die Isolationsschicht kann vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, insbesondere PVD- oder CVD-Verfahren, auf das Trägerbauteil aufgebracht worden sein.The coating, at least in sections, can be electrically applied to an at least sectionally applied to the carrier component Insulating insulating layer applied. The insulation layer is used, in particular, to form electrical insulation between the coating, which is typically electrically conductive, as is evident from the above statements regarding the materiality of the coating, and the carrier component. The insulation layer is accordingly formed from an electrically insulating material or comprises at least one of these. As an electrically insulating material such. B. a, especially metallic, oxide or nitride compound, such as. As aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, or mixtures of corresponding oxide or nitride compounds. The insulation layer can have been applied to the carrier component by means of physical and / or chemical deposition processes, in particular PVD or CVD processes.

Die Beschichtung kann wie erwähnt strukturiert sein. Die Beschichtung kann also eine zweidimensionale, insbesondere streifenförmige, Struktur aufweisen. Die Beschichtung kann sonach zweidimensional strukturiert in mehreren Streifenabschnitten vorliegen. Die oder einzelne Streifenabschnitte können z. B. mäanderartig ausgebildet oder angeordnet sein. Die oder einzelne Streifenabschnitte können sich abschnittsweise berühren bzw. miteinander kontaktiert sein. Insbesondere ist durch geeignete Anordnung bzw. Ausbildung entsprechender Streifenabschnitte, d. h. eine entsprechende zweidimensionale Strukturierung der Beschichtung, die Ausbildung einer Brückenschaltung, insbesondere einer Halb- oder Vollbrückenschaltung, nach Wheatstone (vgl. Wheatstonesche Messbrücke) möglich.As mentioned, the coating can be structured. The coating can therefore have a two-dimensional, in particular strip-shaped, structure. The coating can thus be structured in two dimensions in several strip sections. The or individual strip sections can, for. B. be meandering or arranged. The or individual strip sections can touch or be contacted with each other in sections. In particular, by suitable arrangement or formation of corresponding strip sections, i. H. a corresponding two-dimensional structuring of the coating, the formation of a bridge circuit, in particular a half or full bridge circuit, according to Wheatstone (cf. Wheatstone measuring bridge) possible.

Die Streifenabschnitte einer entsprechenden streifenförmigen Struktur können dabei als Dehnmesstreifen erachtet werden, so dass sich aus einer zweidimensionalen Struktur der Beschichtung die weiter oben erwähnte Ausbildung einer Dehnmessstreifenanordnung ergeben kann. Die zweidimensionale Struktur bzw. Strukturierung der Beschichtung kann insbesondere vermittels Laserstrukturierungsmethoden und/oder photolithographischer Strukturierungsmethoden realisiert worden sein.The strip sections of a corresponding strip-shaped structure can be regarded as strain gauges, so that the formation of a strain gauge arrangement mentioned above can result from a two-dimensional structure of the coating. The two-dimensional structure or structuring of the coating can in particular have been implemented by means of laser structuring methods and / or photolithographic structuring methods.

Die oder einzelne Streifenabschnitte einer entsprechenden streifenförmigen Struktur der Beschichtung können im an einem entsprechenden drehbar gelagerten Bauelement drehfest befestigten Zustand des Trägerbauteils zumindest abschnittsweise relativ zu der Dreh- bzw. Symmetrieachse des Bauelements bzw. des Trägerbauteils geneigt bzw. schräg verlaufen. Hieraus kann sich ein helix- bzw. schraubenartig gewundener Verlauf der Streifenabschnitte ergeben. Der Neigungswinkel der Streifenabschnitte relativ zu der Dreh- bzw. Symmetrieachse des Bauelements bzw. des Trägerbauteils liegt typischerweise in einem Bereich zwischen 30° und 60°, insbesondere bei 45°.The or individual strip sections of a corresponding strip-like structure of the coating can, at least in sections, run inclined or obliquely relative to the axis of rotation or symmetry of the component or of the carrier component when the carrier component is non-rotatably attached to a corresponding rotatably mounted component. This can result in a helical or helical winding of the strip sections. The angle of inclination of the strip sections relative to the axis of rotation or symmetry of the component or of the carrier component is typically in a range between 30 ° and 60 °, in particular 45 °.

In freiliegenden Bereichen zwischen jeweiligen Streifenabschnitten kann zumindest abschnittsweise eine die Streifenabschnitte elektrisch kontaktierende elektrisch leitfähige, z. B. metallische, Kontaktschicht zur elektrischen Kontaktierung der Beschichtung mit einer Auswerteeinrichtung aufgebracht sein. Die elektrische Kontaktierung der Streifenabschnitte mit einer Auswerteeinrichtung ermöglicht eine Auswertung der sich verformungsbedingt ändernden materialspezifischen Kennwerte und so eine Erfassung von an dem Bauelement anliegenden Lasten bzw. Momenten. Die Auswerteeinrichtung ist entsprechend zur Auswertung einer verformungsbedingten Änderung wenigstens eines materialspezifischen Kennwerts des die Beschichtung bildenden Materials ausgebildet. Wie erwähnt, können in der Auswerteeinrichtung, welche z. B. als Auswerteelektronik ausgebildet sein kann oder eine solche umfassen kann, geeignete Auswertealgorithmen implementiert sein. Die Auswerteeinrichtung kann prinzipiell an dem Trägerbauteil oder dem Bauelement ausgebildet oder angeordnet sein. Auf der, gegebenenfalls strukturierten, Beschichtung kann, wie im Zusammenhang mit den Erläuterungen zu dem Schichtsystem beschrieben wurde, eine Schutzschicht aufgebracht sein. Es ist also möglich, dass, um die Beschichtung gegenüber äußeren, d. h. z. B. mechanischen und/oder korrosiven, Einflüssen bzw. Beeinträchtigungen zu schützen, auf der Beschichtung zumindest abschnittsweise eine einen Schutz gegenüber äußeren Einflüssen bzw. Beeinträchtigungen bildende Schutzschicht aufgebracht ist. Eine entsprechende Schutzschicht kann im Allgemeinen aus organischem und/oder anorganischem Material gebildet sein oder wenigstens ein solches umfassen. Die Schutzschicht kann insbesondere auch als Lack vorliegen. Im Besonderen kann eine entsprechende Schutzschicht z. B. auf, gegebenenfalls wasserstoffhaltigem, Kohlenstoff oder einer, gegebenenfalls wasserstoffhaltigen, Kohlenstoffverbindung, Aluminium oder einer Aluminiumverbindung, Silizium oder einer Siliziumverbindung, insbesondere Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, gebildet sein. Die Schutzschicht kann vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, insbesondere PVD- und/oder CVD-Verfahren, insbesondere PACVD-Verfahren (Plasma-Assisted-Chemical-Vapour-Deposition, auf die Beschichtung aufgebracht worden sein. Sofern die Schutzschicht als Lack ausgebildet ist, kann diese selbstverständlich auch vermittels Aufsprühens oder Aufstreichens auf die Beschichtung aufgebracht sein.In exposed areas between the respective strip sections, an electrically conductive, e.g. B. metallic, contact layer for electrical contacting of the coating with an evaluation device. The electrical contacting of the strip sections with an evaluation device enables an evaluation of the material-specific characteristic values that change due to deformation and thus a detection of loads or moments applied to the component. The evaluation device is designed to evaluate a deformation-related change in at least one material-specific characteristic value of the material forming the coating. As mentioned, can in the evaluation device, which, for. B. can be designed as evaluation electronics or can include such, suitable evaluation algorithms are implemented. In principle, the evaluation device can be formed or arranged on the carrier component or the component. A protective layer can be applied to the optionally structured coating, as was described in connection with the explanations for the layer system. It is therefore possible that in order to protect the coating against external, i.e. H. e.g. B. to protect mechanical and / or corrosive influences or impairments, a protective layer forming a protective layer against external influences or impairments is applied to the coating at least in sections. A corresponding protective layer can generally be formed from organic and / or inorganic material or comprise at least one of these. The protective layer can in particular also be present as a lacquer. In particular, a corresponding protective layer z. B. on, optionally hydrogen-containing, carbon or an, optionally hydrogen-containing, carbon compound, aluminum or an aluminum compound, silicon or a silicon compound, in particular silicon oxide or silicon nitride. The protective layer can have been applied to the coating by means of physical and / or chemical deposition processes, in particular PVD and / or CVD processes, in particular PACVD processes (plasma-assisted chemical vapor deposition), provided the protective layer is in the form of a lacquer , this can of course also be applied to the coating by spraying or brushing on.

Die Gesamtschichtdicke sämtlicher auf das Trägerbauteil aufgebrachter Beschichtungen bzw. Schichten, d. h. die Gesamtschichtdicke eines entsprechenden Schichtsystems, sollte nicht mehr als 100 µm betragen. Die Beschichtung kann dabei eine Schichtdicke in einem Bereich von 0,01 µm bis 10 µm, insbesondere 0,05 µm bis 5 µm, bevorzugt 0,05 µm bis 3 µm, aufweisen, die Isolationsschicht kann eine Schichtdicke in einem Bereich von 0,01 µm bis 25 µm, insbesondere 0,05 µm bis 5 µm, bevorzugt 0,05 µm bis 3 µm, die Schutzschicht kann eine Schichtdicke in einem Bereich von 0,01 µm bis 65 µm, insbesondere 0,05 µm bis 50 µm, bevorzugt 0,05 µm bis 5 µm, aufweisen. Selbstverständlich sind in Ausnahmefällen sowohl für die Beschichtung als auch für die Isolationsschicht bzw. die Schutzschicht Abweichungen der jeweiligen Schichtdicken nach oben bzw. unten denkbar.The total layer thickness of all coatings or layers applied to the carrier component, ie the total layer thickness of a corresponding layer system, should not be more than 100 μm. The coating can have a layer thickness in a range from 0.01 μm to 10 μm, in particular 0.05 μm to 5 μm, preferably 0.05 µm to 3 µm, the insulation layer can have a layer thickness in a range from 0.01 µm to 25 µm, in particular 0.05 µm to 5 µm, preferably 0.05 µm to 3 µm, the protective layer can have a layer thickness in a range from 0.01 µm to 65 µm, in particular 0.05 µm to 50 µm, preferably 0.05 µm to 5 µm. In exceptional cases, of course, deviations of the respective layer thicknesses upwards or downwards are conceivable both for the coating and for the insulation layer or the protective layer.

Die Vorrichtung kann ferner eine mit der Beschichtung kontaktierbare oder kontaktierte Signalübertragungseinrichtung zur Übertragung von von der Beschichtung oder einer entsprechenden Auswerteeinrichtung ausgehenden elektrischen Signalen an einen Kommunikationspartner umfassen. Über eine entsprechende Signalübertragungseinrichtung können sonach entsprechende elektrische Signale an einen Kommunikationspartner, d. h. z. B. eine der Vorrichtung zu- oder übergeordnete Messeinrichtung, übertragen werden. Die Übertragung entsprechender elektrischer Signale kann dabei kontaktfrei, d. h. insbesondere magnetisch bzw. induktiv, oder kontaktgebunden, d. h. insbesondere vermittels Schleifring, realisiert sein. Eine entsprechende Signalübertragungseinrichtung kann prinzipiell an dem Bauelement, an welchem das Trägerbauteil drehfest befestigbar oder befestigt ist, angeordnet oder ausgebildet sein. Ein entsprechender Kommunikationspartner kann dagegen lage- bzw. ortsfest an einem nicht drehbar gelagerten Bauelement angeordnet oder ausgebildet sein.The device can further comprise a signal transmission device that can be contacted or contacted with the coating for transmitting electrical signals originating from the coating or a corresponding evaluation device to a communication partner. Corresponding electrical signals can accordingly be sent to a communication partner, ie. H. e.g. B. one of the device associated or higher-level measuring device are transmitted. The transmission of corresponding electrical signals can be contact-free, i. H. in particular magnetic or inductive, or contact-bound, d. H. in particular by means of a slip ring. A corresponding signal transmission device can in principle be arranged or formed on the component to which the carrier component can be fastened or fastened in a rotationally fixed manner. A corresponding communication partner, on the other hand, can be arranged or designed to be stationary or stationary on a component that is not rotatably mounted.

Überdies kann die Vorrichtung eine mit der Beschichtung kontaktierbare oder kontaktierte Energieübertragungseinrichtung zur Übertragung von, insbesondere elektrischer, Energie auf die Beschichtung oder auf eine entsprechende Auswerteeinrichtung umfassen. Eine entsprechende Energieübertragungseinrichtung ist sonach einerseits mit einer, insbesondere elektrischen, Energiequelle und andererseits mit der Beschichtung oder einer entsprechenden Auswerteinrichtung verbunden, so dass die Beschichtung oder die Auswerteeinrichtung mit, insbesondere elektrischer Energie, versorgbar oder versorgt ist. Die Energieübertragung kann dabei ebenso kontaktfrei, d. h. insbesondere magnetisch bzw. induktiv, oder kontaktgebunden, d. h. insbesondere vermittels Schleifring, realisiert sein. Eine entsprechende Energieübertragungseinrichtung kann prinzipiell an dem Bauelement, an welchem das Trägerbauteil drehfest befestigbar oder befestigt ist, angeordnet oder ausgebildet sein.In addition, the device can comprise an energy transmission device that can be contacted or contacted with the coating for transmitting energy, in particular electrical energy, to the coating or to a corresponding evaluation device. A corresponding energy transmission device is thus connected on the one hand to an, in particular electrical, energy source and on the other hand to the coating or a corresponding evaluation device, so that the coating or the evaluation device can be supplied or supplied with, in particular electrical energy. The energy transfer can also be non-contact, i. H. in particular magnetic or inductive, or contact-bound, d. H. in particular by means of a slip ring. A corresponding energy transmission device can in principle be arranged or formed on the component to which the carrier component can be fastened or fastened in a rotationally fixed manner.

Eine Anordnung aus einer beschriebenen Vorrichtung, wobei das Trägerbauteil an einem entsprechenden drehbar gelagerten Bauelement drehfest befestigt ist, kann als Anordnung zur Erfassung eines an einem drehbar gelagerten Bauelement anliegenden Drehmoments bezeichnet bzw. erachtet werden. Die Erfindung betrifft auch eine solche Anordnung.An arrangement from a device described, wherein the carrier component is fastened in a rotationally fixed manner to a corresponding rotatably mounted component, can be referred to or viewed as an arrangement for detecting a torque applied to a rotatably mounted component. The invention also relates to such an arrangement.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer eine Drehmomenterfassungsanordnung bildenden Beschichtung versehenen Trägerbauteils für eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Trägerbauteils und Ausbilden einer eine Drehmomenterfassungsanordnung bildenden Beschichtung auf dem Trägerbauteil durch zumindest abschnittsweises Aufbringen wenigstens eines unter Verformung wenigstens einen materialspezifischen Kennwert ändernden verformungssensitiven Materials auf eine freiliegende Oberfläche des Trägerbauteils und/oder auf einer zuvor auf die freiliegende Oberfläche des Trägerbauteils aufgebrachte Schicht.The invention further relates to a method for producing a carrier component provided with a coating forming a torque detection arrangement for a device according to one of the preceding claims. The method comprises the steps: providing a carrier component and forming a coating forming a torque detection arrangement on the carrier component by at least sectionally applying at least one deformation-sensitive material that changes at least one material-specific characteristic to an exposed surface of the carrier component and / or on a previously exposed surface of the carrier component applied layer.

Das Aufbringen des verformungssensitiven Materials kann vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, vorzugsweise PVD- Verfahren und/oder CVD-Verfahren erfolgen.The deformation-sensitive material can be applied by means of physical and / or chemical deposition processes, preferably PVD processes and / or CVD processes.

Neben der Beschichtung können im Rahmen des Verfahrens weiterhin eine im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebene Isolationsschicht und eine Schutzschicht ausgebildet werden. Verfahrensmäßig wird zunächst die Isolationsschicht auf das Trägerbauteil aufgebracht, was wiederum vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, vorzugsweise PVD- Verfahren und/oder CVD-Verfahren, erfolgen kann, auf die Isolationsschicht die Beschichtung aufgebracht, diese gegebenenfalls strukturiert, und auf die, gegebenenfalls strukturierte, Beschichtung die Schutzschicht aufgebracht, was ebenso vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, vorzugsweise PVD- Verfahren und/oder CVD-Verfahren, erfolgen kann. Derart lässt sich ein im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenes Schichtsystem ausbilden.In addition to the coating, an insulation layer and a protective layer described in connection with the device can also be formed as part of the method. In terms of the process, the insulation layer is first applied to the carrier component, which in turn can be done by means of physical and / or chemical deposition processes, preferably PVD processes and / or CVD processes, the coating is applied to the insulation layer, this is structured if necessary, and onto the, if necessary Structured coating applied the protective layer, which can also be done by means of physical and / or chemical deposition processes, preferably PVD processes and / or CVD processes. In this way, a layer system described in connection with the device can be formed.

Das Verfahren kann als weiteren Verfahrensschritt ein drehfestes Befestigen des mit einer eine Drehmomenterfassungsanordnung bildenden Beschichtung versehenen Trägerbauteils an einem drehbar zu lagernden oder gelagerten Bauelement umfassen.As a further method step, the method can comprise a rotationally fixed fastening of the carrier component provided with a coating forming a torque detection arrangement to a component to be rotatably mounted or supported.

Im Zusammenhang mit dem Verfahren gelten sämtliche, insbesondere verfahrensrelevanten, Ausführungen im Zusammenhang mit der Vorrichtung analog.In connection with the method, all, in particular process-relevant, explanations in connection with the device apply analogously.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind Prinzipdarstellungen und zeigen in:

1, 2 je eine Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

The invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the Drawings explained. The drawings are basic representations and show in:

1 , 2nd each a view of a device according to an embodiment of the invention.

1 zeigt eine Ansicht (Seitenansicht) einer Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 1 dient zur Erfassung eines an einem drehbar gelagerten Bauelement 2, hier einer zylindrischen Welle, anliegenden Drehmoments. 1 shows a view (side view) of a device 1 according to an embodiment of the invention. The device 1 is used to detect a component on a rotatably mounted component 2nd , here a cylindrical shaft, torque applied.

Die Vorrichtung 1 umfasst hierfür ein drehfest auf einem entsprechenden Bauelement 2 befestigbares bzw. in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befestigtes Trägerbauteil 3. Das Trägerbauteil 3 weist eine hohlzylindrische und somit hülsenartige geometrische Gestalt auf und kann insofern als Hülsenbauteil bezeichnet bzw. erachtet werden.The device 1 includes a non-rotatable component 2nd attachable or in the in 1 Fastened support member shown embodiment 3rd . The carrier component 3rd has a hollow cylindrical and thus sleeve-like geometric shape and can therefore be referred to or regarded as a sleeve component.

In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Trägerbauteil 3 in Form eines zwischen zwei benachbart angeordnete drehbar gelagerte Bauelementsegmente 2a, 2b einsetzbaren oder eingesetzten Einsatzbauteils gezeigt. Das Einsatzbauteil ist also im Sinne eines Zwischensegments zwischen entsprechende benachbart angeordnete Bauelementsegmente 2a, 2beinsetzbar bzw. eingesetzt und somit zwischen entsprechende Bauelementsegmente schaltbar bzw. geschaltet.In the in 2nd The embodiment shown is different from that in 1 Embodiment shown a support member 3rd in the form of a rotatably mounted component segment arranged between two adjacent 2a , 2 B insertable or used insert component shown. The insert component is therefore in the sense of an intermediate segment between corresponding adjacent component segments 2a , 2 can be used or inserted and can thus be switched or switched between corresponding component segments.

Unter einem wie in 2 gezeigten Einsatzbauteil kann auch ein zwischen zwei Klauenkupplungen als entsprechende drehbar gelagerte Bauelementsegmente 2a, 2b einzusetzendes Zwischenstück zu verstehen sein.Under a like in 2nd Insert component shown can also be between two claw couplings as corresponding rotatably mounted component segments 2a , 2 B Intermediate piece to be used must be understood.

Die drehfeste Befestigung des in 1 gezeigten Trägerbauteils 3 an dem Bauelement 2 erfolgt durch Aufschieben dieses auf das Bauelement 2 und Ausbilden einer drehfesten Befestigungsart des Trägerbauteils 3 an dem Bauelement 2. Die drehfeste Befestigung kann z. B. über eine stoffschlüssige Schweißverbindung realisiert sein, d. h. das Trägerbauteil 3 ist über wenigstens einen Schweißbereich 4 an dem Bauelement 2 befestigt. Selbstverständlich setzt dies die Ausbildung des Bauelements 2 wie auch des Trägerbauteils 3 aus schweißbaren Materialien voraus; das Bauelement 2 und das Trägerbauteil 3 sind daher z. B. aus schweißbaren Stählen gefertigt.The rotatable fastening of the in 1 shown support member 3rd on the component 2nd is done by sliding this onto the component 2nd and forming a rotationally fixed type of fastening of the carrier component 3rd on the component 2nd . The non-rotatable attachment can, for. B. can be realized via a cohesive welded connection, ie the carrier component 3rd is over at least one welding area 4th on the component 2nd attached. Of course, this sets the design of the component 2nd as well as the support component 3rd advance from weldable materials; the component 2nd and the support member 3rd are therefore z. B. made of weldable steels.

Das Trägerbauteil 3 ist zumindest abschnittsweise mit wenigstens einer Beschichtung 5 versehen. Die Beschichtung 5 ist vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, vorzugsweise PVD- Verfahren (Physical-Vapour-Deposition) und/oder CVD-Verfahren (Chemical-Vapour-Deposition), auf dem Trägerbauteil 3 oder einer auf dem Trägerbauteil 3 zuvor aufgebrachten Schicht, d. h. insbesondere einer Isolationsschicht, aufgebracht.The carrier component 3rd is at least in sections with at least one coating 5 Mistake. The coating 5 is on the carrier component by means of physical and / or chemical deposition processes, preferably PVD processes (physical vapor deposition) and / or CVD processes (chemical vapor deposition) 3rd or one on the support member 3rd previously applied layer, ie in particular an insulation layer.

Die Beschichtung 5 ist aus wenigstens einem unter Verformung wenigstens einen materialspezifischen Kennwert, wie z. B. den elektrischen Widerstand, ändernden verformungssensitiven Material, wie z. B. einer Metalllegierung, insbesondere einer Nickel-Chrom-Legierung, gebildet. Die Beschichtung 5 bildet eine Drehmomenterfassungsanordnung. Gleichermaßen wäre es denkbar, die Beschichtung 5 aus einem halbleitenden Material, d. h. z. B. Al_xGa_1-xAs, auszubilden.The coating 5 is from at least one under deformation at least one material-specific characteristic value, such as. B. the electrical resistance, changing deformation-sensitive material, such as. B. a metal alloy, especially a nickel-chromium alloy. The coating 5 forms a torque detection arrangement. Likewise, it would be conceivable for the coating 5 from a semiconducting material, eg Al _x Ga _1-x As.

Das Funktionsprinzip der Vorrichtung 1 beruht darauf, dass betriebsbedingte, d. h. last- bzw. momentbedingte, Verformungen des Bauelements 2 auf das drehfest an diesem befestigte Trägerbauteil 3 und weiter auf die auf diesem aufgebrachte Beschichtung 5 übertragen werden. In einem verformten Zustand, d. h. in Abhängigkeit einer gegebenen Verformung, bei welcher es sich z. B. um eine Dehnung bzw. Streckung oder um eine Stauchung handeln kann, ändert sich wenigstens ein materialspezifischer Kennwert, wie z. B. der elektrische Widerstand, im Vergleich zu einem nicht verformten Zustand. Die Änderung materialspezifischer Kennwerte begründet sich insbesondere durch verformungsbedingte Geometrieänderungen der Beschichtung 5 und, insbesondere bei halbleitenden Materialien, piezoresistive Effekte. Aus erfassten relativen Änderungen materialspezifischer Kennwerte lassen sich vermittels geeigneter Auswertealgorithmen, typischerweise implementiert in einer der Vorrichtung 1 zugehörigen oder zugeordneten Auswerteeinrichtung (nicht gezeigt), Rückschlüsse auf an dem Bauelement 2 anliegende Lasten bzw. Momente ziehen.The principle of operation of the device 1 is based on the fact that the component is deformed due to operation, ie load or torque 2nd on the rotatably fixed support component 3rd and continue on the coating applied to it 5 be transmitted. In a deformed state, ie depending on a given deformation, in which it is e.g. B. can be an expansion or stretching or a compression, changes at least one material-specific characteristic value, such as. B. the electrical resistance compared to an undeformed state. The change in material-specific parameters is due in particular to deformation-related changes in the geometry of the coating 5 and, especially with semiconducting materials, piezoresistive effects. From recorded relative changes in material-specific characteristic values, suitable evaluation algorithms can be used, typically implemented in one of the devices 1 associated or assigned evaluation device (not shown), conclusions on the component 2nd pull loads or moments.

Die Beschichtung 5 ist vorzugsweise auf einer zumindest abschnittsweise auf dem Trägerbauteil 3 aufgebrachten elektrisch isolierend ausgebildeten Isolationsschicht (nicht gezeigt) aufgebracht. Eine entsprechende Isolationsschicht dient insbesondere der Ausbildung einer elektrischen Isolierung zwischen der typischerweise elektrisch leitfähig ausgebildeten Beschichtung 5 und dem Trägerbauteil 3. Die Isolationsschicht ist entsprechend aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z. B. Aluminiumoxid, gebildet oder umfasst wenigstens ein solches.The coating 5 is preferably on an at least in sections on the support member 3rd applied electrically insulating layer (not shown). A corresponding insulation layer is used, in particular, to form electrical insulation between the typically electrically conductive coating 5 and the support member 3rd . The insulation layer is accordingly made of an electrically insulating material, such as. B. alumina, formed or comprises at least one.

Um die Beschichtung 5 gegenüber äußeren, d. h. z. B. mechanischen und/oder korrosiven, Einflüssen bzw. Beeinträchtigungen zu schützen, kann auf der Beschichtung 5 zumindest abschnittsweise eine einen Schutz gegenüber äußeren Einflüssen bzw. Beeinträchtigungen bildende Schutzschicht aufgebracht sein. Eine entsprechende Schutzschicht kann im Allgemeinen aus organischem und/oder anorganischem Material gebildet sein oder wenigstens ein solches umfassen. Im Besonderen kann eine entsprechende Schutzschicht z. B. auf, gegebenenfalls wasserstoffhaltigem, Kohlenstoff oder einer, gegebenenfalls wasserstoffhaltigen, Kohlenstoffverbindung gebildet sein.To the coating 5 Protecting against external, ie e.g. mechanical and / or corrosive, influences or impairments can be done on the coating 5 a protective layer forming a protection against external influences or impairments can be applied at least in sections. A corresponding protective layer can generally be formed from organic and / or inorganic material or at least include such. In particular, a corresponding protective layer z. B. be formed on, optionally hydrogen-containing, carbon or an optionally hydrogen-containing, carbon compound.

Die Isolationsschicht, die Beschichtung 5 und die Schutzschicht können als ein Schichtsystem bezeichnet bzw. erachtet werden.The insulation layer, the coating 5 and the protective layer can be referred to as a layer system.

Die Gesamtschichtdicke sämtlicher auf das Trägerbauteil 3 aufgebrachter Beschichtungen 5 bzw. Schichten, d. h. die Gesamtschichtdicke eines entsprechenden Schichtsystems, sollte nicht mehr als 100 µm betragen. Die Beschichtung 5 kann dabei eine Schichtdicke in einem Bereich von 0,01 µm bis 10 µm, insbesondere 0,05 µm bis 5 µm, bevorzugt 0,05 µm bis 3 µm, aufweisen, die Isolationsschicht kann eine Schichtdicke in einem Bereich von 0,01 µm bis 25 µm, insbesondere 0,05 µm bis 5 µm, bevorzugt 0,05 µm bis 3 µm, die Schutzschicht kann eine Schichtdicke in einem Bereich von 0,01 µm bis 65 µm, insbesondere 0,05 µm bis 50 µm, bevorzugt 0,05 µm bis 5 µm, aufweisen.
Die Beschichtung 5 weist eine zweidimensionale, insbesondere streifenförmige, Struktur auf. Die Beschichtung 5 liegt sonach zweidimensional strukturiert in mehreren Streifenabschnitten 5a vor. Die oder einzelne Streifenabschnitte 5a können z. B. mäanderartig ausgebildet oder angeordnet sein. Die oder einzelne Streifenabschnitte 5a können sich abschnittsweise berühren bzw. miteinander kontaktiert sein. Durch geeignete Anordnung bzw. Ausbildung entsprechender Streifenabschnitte 5a, d. h. eine entsprechende zweidimensionale Strukturierung der Beschichtung 5, ist die Ausbildung einer Brückenschaltung, insbesondere einer Halb- oder Vollbrückenschaltung, nach Wheatstone (vgl. Wheatstonesche Messbrücke) möglich.The total layer thickness of all on the carrier component 3rd applied coatings 5 or layers, ie the total layer thickness of a corresponding layer system, should not be more than 100 µm. The coating 5 can have a layer thickness in a range from 0.01 µm to 10 µm, in particular 0.05 µm to 5 µm, preferably 0.05 µm to 3 µm, the insulation layer can have a layer thickness in a range from 0.01 µm to 25 µm, in particular 0.05 µm to 5 µm, preferably 0.05 µm to 3 µm, the protective layer can have a layer thickness in a range from 0.01 µm to 65 µm, in particular 0.05 µm to 50 µm, preferably 0, 05 µm to 5 µm.
The coating 5 has a two-dimensional, in particular strip-shaped, structure. The coating 5 is therefore two-dimensionally structured in several stripe sections 5a in front. The or individual strip sections 5a can e.g. B. be meandering or arranged. The or individual strip sections 5a can touch or be contacted with each other in sections. By suitable arrangement or formation of corresponding strip sections 5a , ie a corresponding two-dimensional structuring of the coating 5 , the formation of a bridge circuit, in particular a half or full bridge circuit, is possible according to Wheatstone (cf. Wheatstone measuring bridge).

Die Streifenabschnitte 5a können dabei als Dehnmesstreifen erachtet werden, so dass sich aus einer zweidimensionalen Struktur der Beschichtung 5 die Ausbildung einer Dehnmessstreifenanordnung ergibt. Die zweidimensionale Struktur bzw. Strukturierung der Beschichtung 5 kann z. B. vermittels Laserstrukturierungsmethoden und/oder photolithographischer Strukturierungsmethoden realisiert worden sein.The stripe sections 5a can be considered as strain gauges, so that the two-dimensional structure of the coating 5 the formation of a strain gauge arrangement results. The two-dimensional structure or structuring of the coating 5 can e.g. B. have been realized by means of laser structuring methods and / or photolithographic structuring methods.

Wie sich insbesondere aus 2 ergibt, verlaufen die Streifenabschnitte 5a im an dem drehbar gelagerten Bauelement 2 drehfest befestigten Zustand des Trägerbauteils 3 relativ zu der Dreh- bzw. Symmetrieachse des Bauelements 2 bzw. des Trägerbauteils 3 geneigt bzw. schräg. Der Neigungswinkel der Streifenabschnitte 5a relativ zu der Dreh- bzw. Symmetrieachse des Bauelements 2 bzw. des Trägerbauteils 3 liegt in den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen bei ca. 45°.How to look in particular 2nd results, the strip sections run 5a in the rotatably mounted component 2nd non-rotatably fastened state of the carrier component 3rd relative to the axis of rotation or symmetry of the component 2nd or the support member 3rd inclined or oblique. The angle of inclination of the strip sections 5a relative to the axis of rotation or symmetry of the component 2nd or the support member 3rd is approximately 45 ° in the exemplary embodiments shown in the figures.

In freiliegenden Bereichen zwischen jeweiligen Streifenabschnitten 5a ist zumindest abschnittsweise eine die Streifenabschnitte 5a elektrisch kontaktierende elektrisch leitfähige, z. B. metallische, Kontaktschicht (nicht gezeigt) zur elektrischen Kontaktierung der Beschichtung 5 mit einer Auswerteeinrichtung aufgebracht sein. Die elektrische Kontaktierung der Streifenabschnitte 5a mit der Auswerteeinrichtung ermöglicht eine Auswertung der sich verformungsbedingt ändernden materialspezifischen Kennwerte und so eine Erfassung von an dem Bauelement 2 anliegenden Lasten bzw. Momenten. Die Auswerteeinrichtung kann prinzipiell an dem Trägerbauteil 3 oder dem Bauelement 3 ausgebildet oder angeordnet sein.In exposed areas between the respective strip sections 5a is at least in sections the strip sections 5a electrically contacting electrically conductive, for. B. metallic, contact layer (not shown) for electrical contacting of the coating 5 be applied with an evaluation device. The electrical contacting of the strip sections 5a With the evaluation device, an evaluation of the material-specific characteristic values that change due to deformation enables an evaluation of the component 2nd applied loads or moments. In principle, the evaluation device can be on the carrier component 3rd or the component 3rd be trained or arranged.

Die Vorrichtung 1 kann ferner eine mit der Beschichtung 5 kontaktierbare oder kontaktierte Signalübertragungseinrichtung umfassen, welche der Übertragung von von der Beschichtung 5 oder einer entsprechenden Auswerteeinrichtung ausgehenden elektrischen Signalen an einen Kommunikationspartner dient. Über die Signalübertragungseinrichtung können sonach entsprechende elektrische Signale an einen Kommunikationspartner, d. h. z. B. eine der Vorrichtung 1 zu- oder übergeordnete Messeinrichtung, übertragen werden. Die Übertragung entsprechender elektrischer Signale kann dabei kontaktfrei, d. h. insbesondere magnetisch bzw. induktiv, oder kontaktgebunden, d. h. insbesondere vermittels Schleifring, realisiert sein. Die Signalübertragungseinrichtung kann prinzipiell an dem Bauelement 2, an welchem das Trägerbauteil 3 drehfest befestigbar oder befestigt ist, angeordnet oder ausgebildet sein. Ein entsprechender Kommunikationspartner kann dagegen lage- bzw. ortsfest an einem nicht drehbar gelagerten Bauelement angeordnet oder ausgebildet sein.The device 1 can also be one with the coating 5 Contactable or contacted signal transmission device comprising the transmission of the coating 5 or a corresponding evaluation device outgoing electrical signals to a communication partner. Corresponding electrical signals can thus be sent to a communication partner, ie, for example, one of the devices, via the signal transmission device 1 associated or higher-level measuring device. The transmission of corresponding electrical signals can be implemented in a contact-free manner, ie in particular magnetically or inductively, or in a contact-based manner, that is to say in particular by means of a slip ring. The signal transmission device can in principle on the component 2nd on which the carrier component 3rd is rotatably fastened or fastened, arranged or formed. A corresponding communication partner, on the other hand, can be arranged or designed to be stationary or stationary on a component that is not rotatably mounted.

Überdies kann die Vorrichtung 1 eine mit der Beschichtung 5 kontaktierbare oder kontaktierte Energieübertragungseinrichtung (nicht gezeigt) umfassen, welche der Übertragung von, insbesondere elektrischer, Energie auf die Beschichtung 5 oder auf eine entsprechende Auswerteeinrichtung dient. Die Energieübertragungseinrichtung ist sonach einerseits mit einer, insbesondere elektrischen, Energiequelle und andererseits mit der Beschichtung 5 oder der Auswerteinrichtung verbunden, so dass die Beschichtung 5 oder die Auswerteeinrichtung mit, insbesondere elektrischer Energie, versorgbar oder versorgt ist. Die Energieübertragung kann dabei ebenso kontaktfrei, d. h. insbesondere magnetisch bzw. induktiv, oder kontaktgebunden, d. h. insbesondere vermittels Schleifring, realisiert sein. Die Energieübertragungseinrichtung kann prinzipiell an dem Bauelement 2, an welchem das Trägerbauteil 3 drehfest befestigbar oder befestigt ist, angeordnet oder ausgebildet sein.Furthermore, the device 1 one with the coating 5 Contactable or contacted energy transmission device (not shown), which the transmission of, in particular electrical, energy to the coating 5 or serves on a corresponding evaluation device. The energy transmission device is therefore on the one hand with an, in particular electrical, energy source and on the other hand with the coating 5 or connected to the evaluation device, so that the coating 5 or the evaluation device can be supplied or supplied with, in particular electrical energy. The energy transfer can also be implemented in a contact-free manner, ie in particular magnetically or inductively, or in a contact-based manner, that is to say in particular by means of a slip ring. In principle, the energy transmission device can be on the component 2nd on which the carrier component 3rd is rotatably fastened or fastened, arranged or formed.

Das in den in den Figuren gezeigte Trägerbauteil 3 lässt sich über ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer eine Drehmomenterfassungsanordnung bildenden Beschichtung 5 versehenen Trägerbauteils herstellen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Trägerbauteils 3 und Ausbilden einer eine Drehmomenterfassungsanordnung bildenden Beschichtung 5 auf dem Trägerbauteil 5 durch zumindest abschnittsweises Aufbringen wenigstens eines unter Verformung wenigstens einen materialspezifischen Kennwert ändernden verformungssensitiven Materials auf eine freiliegende Oberfläche des Trägerbauteils 5 und/oder auf einer zuvor auf die freiliegende Oberfläche des Trägerbauteils 5 aufgebrachte Schicht, insbesondere eine Isolationsschicht.The carrier component shown in the figures 3rd can be achieved via a method for producing a coating that forms a torque detection arrangement 5 provided support component. The method comprises the steps: provision of a carrier component 3rd and forming a coating forming a torque sensing assembly 5 on the carrier component 5 by at least in sections applying at least one deformation-sensitive material that changes at least one material-specific characteristic under deformation to an exposed surface of the carrier component 5 and / or on a previously exposed surface of the carrier component 5 applied layer, in particular an insulation layer.

Neben der Beschichtung können im Rahmen des Verfahrens weiterhin eine im Zusammenhang mit der Vorrichtung 1 beschriebene Isolationsschicht und eine Schutzschicht ausgebildet werden. Verfahrensmäßig wird zunächst die Isolationsschicht auf das Trägerbauteil 3 aufgebracht, was wiederum vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, vorzugsweise PVD- Verfahren und/oder CVD-Verfahren, erfolgen kann. Auf die Isolationsschicht wird die Beschichtung 5 aufgebracht, diese gegebenenfalls strukturiert, und auf die, gegebenenfalls strukturierte, Beschichtung 5 die Schutzschicht aufgebracht, was ebenso vermittels physikalischer und/oder chemischer Abscheidungsverfahren, vorzugsweise PVD- Verfahren und/oder CVD-Verfahren, erfolgen kann.In addition to the coating, one can also use a device-related device 1 described insulation layer and a protective layer are formed. In terms of the method, the insulation layer is first applied to the carrier component 3rd applied, which in turn can be done by means of physical and / or chemical deposition processes, preferably PVD processes and / or CVD processes. The coating is on the insulation layer 5 applied, this optionally structured, and on the, optionally structured, coating 5 the protective layer is applied, which can also be done by means of physical and / or chemical deposition processes, preferably PVD processes and / or CVD processes.

Das Verfahren kann als weiteren Verfahrensschritt ein drehfestes Befestigen des mit einer eine Drehmomenterfassungsanordnung bildenden Beschichtung 5 versehenen Trägerbauteils 3 an einem drehbar zu lagernden oder gelagerten Bauelement 2 umfassen.As a further method step, the method can be a rotationally fixed fastening of the coating which forms a torque detection arrangement 5 provided support member 3rd on a component that can be rotated or stored 2nd include.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: Vorrichtungcontraption
22nd: BauelementComponent
2a2a: BauelementsegmentComponent segment
2b2 B: BauelementsegmentComponent segment
33rd: TrägerbauteilCarrier component
44th: SchweißbereichWelding area
55: BeschichtungCoating
5a5a: StreifenabschnittStrip section

Claims

Device (1) for detecting a torque applied to a rotatably mounted component (2), the rotatably mounted component (2) comprising at least one non-rotatably attachable or fastened support component (3), the support component (3) at least in sections with at least one strain gauge arrangement is provided, characterized in that the carrier component (3) is a sleeve component that can be pushed or pushed onto the rotatably mounted component (2), or that the carrier component (3) can be inserted or inserted between two adjacent rotatably mounted component segments (2a, 2b) Insert component is.

Device after Claim 1 , characterized in that the carrier component (3) can be fastened or fastened in a rotationally fixed manner to the rotatably mounted component (2) by means of a material-type fastening method.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the material forming the strain gauge arrangement is a metal or is at least one metal or a semiconductor or comprises at least one semiconductor.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the strain gauge arrangement is applied at least in sections to an electrically insulating insulating layer which is applied at least in sections to the carrier component (3).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a protective layer forming a protection against external influences is applied to the strain gauge arrangement at least in sections.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the strain gauge arrangement has a two-dimensional, in particular strip-shaped, structure.

Device after Claim 6 , characterized in that in exposed areas between respective strip sections (5a), at least in sections, an electrically conductive contact layer contacting the strip sections (5a) is applied for electrical contacting of the strain gauge arrangement with an evaluation device.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a contactable or contacted with the strain gauge arrangement, in particular on the rotatably mounted Component (2) on which the carrier component (3) can be fastened or fastened in a rotationally fixed manner, arranged or designed signal transmission device for transmitting electrical signals coming from the strain gauge arrangement or the evaluation device to a communication partner.

Device according to one of the preceding claims, characterized by an energy transmission device arranged or designed to be able to be contacted or contacted with the strain gauge arrangement, in particular on the rotatably mounted component (2), to which the carrier component (3) is non-rotatably fastened or fastened, for the transmission of, in particular electrical , Energy on the strain gauge arrangement or on the evaluation device.