DE19945205A1

DE19945205A1 - Coaxial sensor for determining temperature in contact zone between two relatively movable bodies, has two conductors close together with one conductor fully or partially enclosing the other

Info

Publication number: DE19945205A1
Application number: DE1999145205
Authority: DE
Inventors: Oliver Ahrens; Christian Boehm; Ekkard Brinksmeier; Josef Binder
Original assignee: Universitaet Bremen
Current assignee: Universitaet Bremen
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-03-29

Abstract

The sensor has a thermoelement attached to one body with two electric conductors for generating an electric voltage corresponds to the temp. to be determined. The conductors are arranged close together and make new electrical contact as a result of heat of friction and/or deformation in the contact zone between the two bodies (6,8), whereby one conductor fully or partially encloses the other. Independent claims are also included for a thermoelement and for a bolt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Bestimmung der Temperatur in der Kontaktzone zwischen zwei in Kontakt stehenden und relativ zueinander bewegbaren Körpern, mit einem an einem der Körper befestigbaren, zwei elektrische Leiter aufweisenden Thermoelement zur Erzeugung einer elektrischen Spannung.The present invention relates to a sensor for determining the temperature in the contact zone between two in contact and relative to each other movable bodies, with one electrical one attachable to one of the bodies Conducting thermocouple for generating an electrical voltage.

Die Erfindung betrifft ferner ein Thermoelement zur Bestimmung der Temperatur, mit zwei elektrischen Leitern, die in einem Kontaktbereich in Kontakt zueinander gebracht werden und deren sich zwischen ihnen einstellende elektrische Spannung ein Maß für die Temperatur im Kontaktbereich darstellt.The invention further relates to a thermocouple for determining the temperature, with two electrical conductors that are in contact with each other in a contact area be brought and their electrical voltage between them represents a measure of the temperature in the contact area.

Derartige Sensoren und Thermoelemente sind bekannt und kommen in Industrie und Forschung in vielfacher Weise zum Einsatz, um Temperaturen von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen zu bestimmen. Die Temperaturbestimmung von Festkör pern ist beispielsweise bei der Schleifbearbeitung von Bedeutung. Beim Schleifen mittels einer rotierenden Schleifscheibe können sehr hohe Temperaturen im Kontaktbereich zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück von bis zu etwa 1200°C auftreten. Eine Kenntnis der entstehenden Bearbeitungstemperatur zwischen Werkzeug und Werkstück während der Bearbeitung kann beispielsweise von Bedeutung sein, um Überhitzungen des Werkzeugs oder des Werkstücks vermeiden bzw. kontrollieren zu können. Insbesondere durch eine Überwachung der Temperaturen im Kontaktbereich lassen sich Rückschlüsse auf den Schleifvorgang ziehen.Such sensors and thermocouples are known and come in industry and Research used in multiple ways to determine temperatures of solids, Determine liquids and gases. The temperature determination of solids pern is important, for example, when grinding. When grinding Using a rotating grinding wheel, very high temperatures in the Contact area between the grinding wheel and the workpiece of up to approximately 1200 ° C occur. A knowledge of the resulting processing temperature between tool and workpiece during machining, for example be important to prevent overheating of the tool or the workpiece to avoid or control. In particular, by monitoring the Temperatures in the contact area allow conclusions to be drawn about the grinding process pull.

In der japanischen Patentanmeldung 6 246 632 ist eine Schleifvorrichtung mit einem rotierenden Schleifwerkzeug beschrieben. Eine Temperaturaufnahme einrichtung in Form eines Thermoelements ist an der Oberfläche des zu bearbeiten den Werkstücks befestigt. Die Messung mittels des Thermoelements erfolgt außerhalb des Kontaktbereichs zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, so daß keine genaue Angabe über die Temperatur im Kontaktbereich gemacht werden kann. Aus der weiteren japanischen Patentanmeldung 4 035 865 ist ein rotierbares Schleifrad bekannt, an dessen Schleifbelag ein Thermoelement angeordnet ist.In Japanese patent application 6 246 632 there is a grinding device described a rotating grinding tool. A temperature recording Device in the form of a thermocouple is to be machined on the surface of the attached to the workpiece. The measurement is carried out using the thermocouple outside the contact area between the tool and the workpiece, so that no exact information about the temperature in the contact area is given can. From the further Japanese patent application 4 035 865 is a rotatable Known grinding wheel, on the grinding surface of which a thermocouple is arranged.

Bei dieser Anordnung des Thermoelements ist keine direkte Messung der Temperatur im Kontaktbereich zwischen dem Schleifrad und dem zu bearbeitenden Werkstück möglich. Vielmehr muß aufgrund der innerhalb des Schleifbelags des Schleifrades gemessenen Temperatur mittels einer Berechnung auf die Temperatur im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück geschlossen werden. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, daß Ungenauigkeiten bei der Temperatur bestimmung auftreten. Aufgrund des Abriebs des Schleifbelags variiert während des Schleifvorgangs der Abstand zwischen dem Kontaktbereich zwischen Werkstück und Werkzeug und dem Thermoelement, so daß Fehler bei der Bestimmung der Kontaktzonentemperatur auftreten. Ferner besteht die Gefahr, daß nach einem Abrieb des Schleifbelages das Thermoelement zerstört wird und nicht für die volle Standzeit des Werkzeugs zur Verfügung steht.With this arrangement of the thermocouple there is no direct measurement of the Temperature in the contact area between the grinding wheel and the one to be machined Workpiece possible. Rather, due to the inside of the abrasive coating Grinding wheel measured temperature using a calculation on the temperature be closed in the contact area between tool and workpiece. The disadvantage of this procedure is that inaccuracies in the temperature determination occur. Due to the abrasion of the abrasive coating varies during the Grinding the distance between the contact area between the workpiece and tool and the thermocouple so that errors in determining the Contact zone temperature occur. There is also a risk that after a Abrasion of the abrasive coating destroys the thermocouple and not for the full Tool life is available.

Aus dar U.S. Patentschrift 4,438,598 ist eine Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Temperatur im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück bekannt. Bei diesem bekannten Sensor ist eine optische Faser innerhalb einer Ausnehmung in einer rotierenden Schleifscheibe angeordnet und erstreckt sich ausgehend von einer Bearbeitungsoberfläche der Schleifscheibe zunächst radial einwärts in Richtung auf die Rotationsachse der Schleifscheibe und dann axial an eine stirnseitige Oberfläche der Schleifscheibe. Mittels der optischen Faser, beispielsweise einem Glasfaserka bel, wird die im Bereich der Bearbeitungsoberfläche ausgesendete Wärmestrahlung zu einem benachbart zu der Schleifscheibe angeordneten Aufnahmekopf übertragen, der die von der Bearbeitungsoberfläche emittierte Wärmestrahlung aufnimmt und zu einer Temperaturüberwachungseinheit übermittelt. Diese Sensorvorrichtung ist insgesamt recht aufwendig und das verwendete Meßprinzip einer Temperaturbe stimmung aufgrund von Wärmestrahlung ist bei der vorliegenden Meßaufgabe durch die Bearbeitungsumgebung verhältnismäßig ungenau. Nachteilig ist darüber hinaus, daß die Messung eine unmittelbar benachbarte Anordnung des freien Endes der Faser und des Aufnahmekopfes voraussetzt.From the U.S. Patent 4,438,598 is a sensor device for determination the temperature in the contact area between the tool and the workpiece is known. At this known sensor is an optical fiber within a recess in arranged a rotating grinding wheel and extends from a Machining surface of the grinding wheel initially radially inwards in the direction of the axis of rotation of the grinding wheel and then axially to an end surface the grinding wheel. By means of the optical fiber, for example a glass fiber ca bel, is the heat radiation emitted in the area of the processing surface transferred to a pick-up head arranged adjacent to the grinding wheel, which absorbs the thermal radiation emitted by the processing surface and transmitted to a temperature monitoring unit. This sensor device is overall quite complex and the measuring principle used a Temperaturbe is due to heat radiation in the present measurement task the editing environment is relatively imprecise. Another disadvantage is that the measurement is an immediately adjacent arrangement of the free end of the Fiber and the recording head.

Aus der Patentschrift 112 377 ist ein Sensor der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein Thermoelement mit zwei elektrischen Leitern an einer freien Stirnfläche einer rotierenden Schleifscheibe angeordnet ist. Die beiden als Thermoschenkel bezeichneten Leiter des Thermoelements sind seitlich neben der Bearbeitungs oberfläche oder dem Kontaktbereich zwischen Schleifscheibe und Werkstück in Kontakt mit dem Werkstück und nehmen somit eine Temperatur des Werkstücks neben dem Kontaktbereich auf. Bei dieser Anordnung wird eine Temperatur im Bereich neben der eigentlichen Schleifstelle aufgenommen, so daß ausgehend von dieser Temperatur eine Abschätzung der Temperatur im Kontaktbereich vor genommen werden muß. Diese Vorgehensweise ist mit erheblichen Fehlern behaftet, die beispielsweise dadurch verursacht sind, daß zur Berechnung Wärmeleitungseffekte zugrunde gelegt werden müssen und eine regelmäßig verwendete Kühlflüssigkeit die Temperaturbestimmung negativ beeinflussen kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß das Thermoelement aufgrund von Fliehkräften bei sehr hohen Drehzahlen der Schleifscheibe von der Schleifscheibe abgelöst wird. Zudem beschränkt sich diese Meßanordnung auf die Bearbeitung elektrisch leitender Werkstücke. Ferner ermöglicht dieser Sensor nur eine axiale Vorschubrichtung der Schleifscheibe, so daß er in axialer Vorschubrichtung der Schleifscheibe hinten angeordnet ist; andernfalls würde der Sensor durch den Werkstückkontakt zerstört werden. Entsprechend ist ein sogenanntes Einstech schleifen oder Seiten-Längsschleifen mit dieser Sensoranordnung nicht möglich, da der Sensor während solchen Bearbeitungsoperationen ebenfalls zerstört werden würde.A sensor of the type mentioned at the outset is known from patent specification 112 377, in which a thermocouple with two electrical conductors on a free end face a rotating grinding wheel is arranged. The two as thermal legs designated conductors of the thermocouple are on the side next to the processing surface or the contact area between grinding wheel and workpiece in Contact with the workpiece and thus take a temperature of the workpiece next to the contact area. With this arrangement, a temperature in Area added next to the actual grinding point, so that starting from this temperature before an estimate of the temperature in the contact area must be taken. This procedure is with considerable errors afflicted, which are caused, for example, by the fact that the calculation Thermal conduction effects must be used and a regular Coolant used can negatively influence the temperature determination. In addition, there is a risk that the thermocouple due to Centrifugal forces at very high speeds of the grinding wheel from the grinding wheel is replaced. In addition, this measuring arrangement is limited to processing electrically conductive workpieces. Furthermore, this sensor only allows an axial one Feed direction of the grinding wheel, so that it is in the axial feed direction Grinding wheel is arranged at the rear; otherwise the sensor would be replaced by the Workpiece contact will be destroyed. A so-called plunge is corresponding Grinding or side-to-side grinding is not possible with this sensor arrangement because the sensor may also be destroyed during such machining operations would.

In der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 198 58 792.9 der Anmelderin ist ein Sensor beschrieben, dessen Leiter als ebene Schichten ausgebildet sind. Aufgrund dieser ebenen Ausbildung der Leiter ist es für die Funktion von wesentlicher Bedeutung, daß die Relativbewegung zwischen dem an einem Körper angeordneten Sensor und dem anderen Körper in einer Richtung erfolgt, die im wesentlichen in Richtung der Flächennormalen der ebenen Leiter weist; diese Richtung kann als Verschleißrichtung bezeichnet werden. Nur bei einer solchen Anordnung mit einer derartigen Verschleißrichtung ist gewährleistet, daß die beiden Leiter im Bereich der Kontaktzone ausreichend aufgrund der dort beschriebenen Verschmier- und Verformungsvorgänge in elektrischen leitenden Kontakt kommen. Bei diesem Sensor muß deshalb in nachteiliger Weise darauf geachtet werden, daß die ebenen Leiter im wesentlichen senkrecht zur Relativbewegungsrichtung zwischen den Körpern angeordnet sind, um die Funktionsfähigkeit des Sensors zu gewährleisten.In the unpublished German patent application 198 58 792.9 of the applicant describes a sensor whose conductors are designed as flat layers. Because of this level training of the ladder, it is essential for the function of essential that the relative movement between that on a body arranged sensor and the other body in a direction that is in the points essentially in the direction of the surface normal of the planar conductor; this Direction can be called wear direction. Only with one Arrangement with such a direction of wear ensures that the two Conductors in the area of the contact zone are sufficient based on those described there Smearing and deformation processes come into electrical contact. With this sensor, care must therefore be taken in a disadvantageous manner that the flat conductors are substantially perpendicular to the direction of relative movement are arranged between the bodies to ensure the functionality of the sensor guarantee.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Sensor und ein Thermoelement bereitzu stellen, mit dem auf konstruktiv einfache Weise die Temperatur in der Kontaktzone zwischen zwei relativ zueinander bewegbarer Körpern, insbesondere eines Werkzeugs mit hoher Präzision und unabhängig von der Relativbewegungsrichtung bestimmt werden kann.The object of the invention is therefore to provide a sensor and a thermocouple set with the temperature in the contact zone in a structurally simple manner between two bodies movable relative to one another, in particular one Tool with high precision and regardless of the relative direction of movement can be determined.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Sensor der eingangs genannten Art dadurch, daß die Leiter des Thermoelements dicht beabstandet zueinander angeordnet sind und sich im Betrieb durch Reibungswärme und/oder Verformung in einer Kontaktzone zwischen den Körpern elektrisch neu kontaktieren und daß ein Leiter den anderen Leiter teilweise oder vollständig umhüllt.The invention solves this problem with a sensor of the type mentioned in that the conductors of the thermocouple are closely spaced apart are arranged and in operation due to frictional heat and / or deformation electrical contact in a contact zone between the bodies and that a Partially or completely enveloped the other conductor.

Der erfindungsgemäße Sensor zeichnet sich dadurch aus, daß sich durch die Anordnung der Leiter und durch deren elektrische, wiederholende Neukontaktierung in einer Kontaktzone zwischen zwei Körpern die Temperatur in genau dieser Kontaktzone bestimmen läßt. Darüber hinaus ist es aufgrund der wenigstens teilweise umhüllenden oder umschließenden Ausbildung der Leiter- relativ zu deren Hauptachse - unerheblich, in welcher Richtung die Relativbewegung zwischen den beiden Körpern bezogen auf die Hauptachse des Sensors stattfindet; diese Richtung der Relativbewegung wird auch als Verschleißrichtung bezeichnet. Eine genaue Ausrichtung des Sensors, genauer gesagt der Leiter des Thermoelements bezüglich der Relativbewegungsrichtung ist bei der Erfindung aufgrund der teilweisen oder vollständigen umhüllenden Anordnung der Leiter relativ zueinander nicht mehr notwendig, denn aufgrund der umhüllenden Anordnung ist immer wenigstens ein Bereich in der Kontaktzone vorhanden, in dem es zu einer für die Funktion des Sensors erforderlichen Kontaktierung oder Neukontaktierung aufgrund von Verformungs- und/oder Verschweißungsvorgängen kommt. Der erfindungsgemäße Sensor kann folglich in einer Vielzahl verschiedener Anordnungen in einen Körper eingebaut oder an diesem befestigt werden, so daß die Montage aufgrund der Richtungsunabhängigkeit der Verschleißrichtung zu der Hauptachse des Sensors erheblich vereinfacht ist. Ferner kann sich auch die Relativbewegungsrichtung während des Betriebs ändern, so daß der erfindungsgemäße Sensor wesentlich flexibler einsetzbar ist.The sensor according to the invention is characterized in that Arrangement of the conductors and their repeated electrical contact in a contact zone between two bodies the temperature in exactly this Contact zone can be determined. In addition, it is due to at least partially enveloping or enclosing formation of the ladder relative to their Main axis - irrelevant in which direction the relative movement between the both bodies related to the main axis of the sensor takes place; this direction the relative movement is also referred to as the direction of wear. An exact Alignment of the sensor, more precisely the conductor of the thermocouple with respect the relative direction of movement is in the invention due to the partial or complete enveloping arrangement of the conductors relative to each other no longer necessary, because of the enveloping arrangement there is always at least one Area in the contact zone in which there is one for the function of the Required contacting or new contacting due to Deformation and / or welding processes comes. The invention Consequently, sensor can be in a variety of different configurations in one body installed or attached to it, so that the assembly due to Direction independence of the wear direction to the main axis of the sensor is significantly simplified. The relative movement direction can also change change during operation, so that the sensor according to the invention is essential is more flexible.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor gesehen, daß mindestens einer der Leiter schichtförmig und gekrümmt oder mit winklig zueinander angeordneten Abschnitten ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist es, daß die Leiter im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind. Bei einer koaxialen Anordnung, etwa nach Art eines Koaxialkabels, d. h. einer Anordnung, bei der die Leiter symmetrisch zu einer Längsachse (gleich der Hauptachse) angeordnet sind, kann der Sensor beliebig um seine Längssachse gedreht werden, wobei stets gewährleistet ist, daß ein Bereich des Sensors einen Abschnitt aufweist, in dem es zu einer ausreichenden elektrischen Kontaktierung der Leiter kommt. Auch kann sich die Verschleißrichtung oder Relativbewegungsrichtung ändern, ohne daß die Funktion des Sensors beeinträchtigt werden würde. Dies ist ein erheblicher Vorteil gegenüber den bekannten Sensoren mit ebenen Leitern, bei denen die Stellung der Leiter relativ zur Verschleißrichtung vorgegeben ist.According to a particularly preferred embodiment of the invention, seen that at least one of the conductors layered and curved or with sections arranged at an angle to one another. Particularly preferred it is that the conductors are arranged substantially coaxially with each other. At a coaxial arrangement, such as a coaxial cable, d. H. an order at which arranged the conductors symmetrically to a longitudinal axis (equal to the main axis) are, the sensor can be rotated as desired about its longitudinal axis, always it is ensured that a region of the sensor has a section in which it there is sufficient electrical contacting of the conductors. Can too change the direction of wear or the direction of relative movement without the Function of the sensor would be impaired. This is a huge advantage compared to the known sensors with flat conductors, in which the position of the Head relative to the direction of wear is specified.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß mindestens ein äußerer Leiter einen inneren Leiter im wesentlichen spiralförmig umhüllt. Vorzugsweise sind mehrere spiralförmige, parallel zueinander verlaufende äußere Leiter um den inneren Leiter gewickelt. Ein solcher Sensor läßt sich einfach herstellen, indem die äußeren Leiter, bei denen es sich um herkömmliche Drähte handeln kann, um einen inneren Leiter herumgewickelt werden. In dem Fall würde der Sensor jeweils aus einem der äußeren Leiter und dem umwickelten Leiter bestehen, wobei es für die Funktion ausreichend ist, wenn mindestens einer der äußeren Leiter im elektrischen Kontakt zu dem umwickelten Leiter steht.A development of the invention provides that at least one outer conductor one inner conductor wrapped essentially in a spiral. Preferably there are several spiral outer conductors running parallel to each other around the inner conductor wrapped. Such a sensor can be easily manufactured by the outer conductors, which can be conventional wires, an inner conductor be wrapped around. In this case, the sensor would be one of the outer conductor and the wrapped conductor, it being for the function is sufficient if at least one of the outer conductors is in electrical contact to the wrapped conductor.

Grundlegend für den erfindungsgemäßen Aufbau der beschriebenen Thermoelemen te ist, daß die das Thermoelement bildenden elektrischen Leiter entlang der Hauptachse vollständig elektrisch voneinander isoliert sind und der elektrische Kontakt dieser Leiter durch die Verschleißmechanismen nur im Bereich der mechanischen Kontaktzone stattfindet.Basic for the structure of the thermocouples described according to the invention te is that the electrical conductor forming the thermocouple along the Main axis are completely electrically isolated from each other and the electrical one Contact of this conductor through the wear mechanisms only in the area of mechanical contact zone takes place.

Vorzugsweise weist mindestens einer der Leiter eine im wesentlichen zylindrische Form auf. Zweckmäßigerweise ist einer der Leiter als Trägerkörper ausgebildet, und der andere Leiter umhüllt den ersten Leiter. Zwischen den Leitern ist eine Isolierschicht angeordnet. Ein derartiger Sensor läßt sich auf einfache Weise herstellen. Der den Trägerkörper bildende Leiter wird zunächst mit einer Isolier schicht umhüllt, anschließend wird der zweite Leiter auf die Isolierschicht aufgebracht.At least one of the conductors preferably has a substantially cylindrical one Shape up. One of the conductors is expediently designed as a carrier body, and the other conductor envelops the first conductor. There is one between the ladders Insulating layer arranged. Such a sensor can be easily produce. The conductor forming the carrier body is first insulated layer wrapped, then the second conductor is on the insulating layer upset.

Zweckmäßigerweise ist das Thermoelement, bestehend aus zwei Leitern und einer die elektrischen Leiter trennenden Isolierung, als flexibles Kabel ausgebildet, das von einer weiteren äußeren Isolierschicht umhüllt ist. Ein solcher Sensor kann in eine den jeweiligen Einbaubedingungen angepaßte Form gebracht werden und somit in eine in Werkstücken oder Werkzeugen ausgebildete Ausnehmung, Bohrung oder dergleichen eingesetzt oder axial eingeschoben werden. Der Sensor läßt sich somit in vielfältigen Einbausituation montieren.The thermocouple, consisting of two conductors and one, is expedient the electrical conductor separating insulation, designed as a flexible cable that is covered by another outer insulating layer. Such a sensor can be used in a shape adapted to the respective installation conditions and thus in a recess, bore or formed in workpieces or tools The like are used or inserted axially. The sensor can thus mount in a variety of installation situations.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß das Thermoelement - mit oder ohne äußere Isolierschicht - in eine in einer Schraube ausgebildeten Ausnehmung eingesetzt ist. Ist das Thermoelement in eine Schraube eingesetzt, kann diese auf einfache Weise in ein in einem Körper ausgebildetes Gewinde soweit eingeschraubt werden, daß die Leiter des Thermoelements mit ihren Endabschnitten in Kontakt mit dem in Relativbewegung befindlichen Körper stehen, um in der Kontaktzone die Temperatur messen zu können; Sensor und Schraube können aufgrund des Funktionsprinzips dieses Sensors während des Betriebs verschleißen, ohne daß die Sensorfunktion beeinträchtigt ist.Another preferred embodiment is characterized in that the Thermocouple - with or without an outer insulating layer - in one in a screw trained recess is used. The thermocouple is in a screw used, this can be easily formed in a body Screw the thread so far that the conductors of the thermocouple with their end portions in contact with the body in relative motion stand in order to be able to measure the temperature in the contact zone; Sensor and Screw can due to the principle of operation of this sensor during the Wear during operation without affecting the sensor function.

Vorzugsweise bestehen die Leiter im wesentlichen aus Ni bzw. Ni-Cr und die Isolierschicht aus Si-O₂ oder Si₃N₄ oder Kunststoffen, Lacken, Harz, Keramik- oder Glasmaterial. Diese Materialien weisen die erforderlichen Materialeigenschaften auf und lassen sich durch herkömmliche Technologien relativ einfach herstellen. Ist ein Leiter als vorzugsweise zylindrisches Kabel aus Ni-Cr hergestellt, so kann der weitere Leiter aus Ni bestehen. Diese beiden Werkstoffe entsprechen in einer bestimmten Legierungszusammensetzung mit weiteren Elementen dem als Typ K bezeichneten Standard eines Thermoelementes. Jedoch können an Materialien auch eine Vielzahl anderer elektrischer Leiter miteinander kombiniert werden, um ein hier beschriebenes Thermoelement mit dem erfindungsgemäßen Anspruch der richtungsunabhängigen Kontaktzonentemperaturmessung zu ergeben.The conductors preferably consist essentially of Ni or Ni-Cr and the insulating layer of Si-O ₂ or Si ₃ N ₄ or plastics, lacquers, resin, ceramic or glass material. These materials have the required material properties and are relatively easy to manufacture using conventional technologies. If a conductor is made of Ni-Cr as a preferably cylindrical cable, the further conductor can consist of Ni. In a certain alloy composition with further elements, these two materials correspond to the standard of a thermocouple designated as type K. However, a large number of other electrical conductors can also be combined with one another in materials in order to produce a thermocouple described here with the claim according to the invention of the direction-independent contact zone temperature measurement.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Be zugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: The invention is described below using exemplary embodiments under Be described with reference to the accompanying drawings. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensors mit koaxialer Leiteranordnung; Figure 1 is a schematic representation of a sensor according to the invention with a coaxial conductor arrangement.

Fig. 2 eine Draufsicht des in Fig. 1 dargestellten Sensors; Fig. 2 is a top view of the sensor shown in Fig. 1;

Fig. 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors in einer Draufsicht; Fig. 3 shows an alternative embodiment of a sensor according to the invention in a top view;

Fig. 4 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Sensors in einer Draufsicht; FIG. 4 shows a further alternative embodiment of a sensor in a top view;

Fig. 5 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Sensors in einer Draufsicht; FIG. 5 shows a further alternative embodiment of a sensor in a top view;

Fig. 6 einen in eine Schraube integrierten Sensor zur Erfassung der Temperatur in der Kontaktzone zwischen zwei bewegbaren Körpern; Figure 6 is a integrated in a screw sensor for detecting the temperature in the contact zone between the two movable bodies.

Fig. 7 die Schraube gemäß Fig. 6 in einer stirnseitigen Ansicht; FIG. 7 shows the screw according to FIG 6 in a frontal view; FIG.

Fig. 8 die Schraube gemäß Fig. 6 in einer Schnittdarstellung; Fig. 8, the screw according to Fig 6 in a sectional view.

Fig. 9 die Schraube gemäß Fig. 6 in einer weiteren stirnseitigen Ansicht; FIG. 9 the screw according to FIG. 6 in a further front view;

Fig. 10 die Schraube und der integrierte Sensor in einer auseinandergezoge nen Darstellung; Figure 10 shows the screw and the integrated sensor in an exploded view.

Fig. 11 eine erfindungsgemäße Schraube mit Sensor sowie einen Stecker; und11 shows a screw according to the invention with sensor as well as a plug. and

Fig. 12 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors in einer Seitensicht. Fig. 12 shows an alternative embodiment of a sensor according to the invention in a side view.

Fig. 1 veranschaulicht in einer schematischen und vergrößerten Darstellung einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Thermoelements 1 eines erfindungsgemäßen Sensors. Die dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Thermoelemente 1, deren Leiter 2, 4 mit ihren stirnseitigen Endabschnitten - in Fig. 1 links - im Betrieb in Kontakt mit einem Körper 6 stehen, welcher seinerseits in Kontakt mit einem benachbarten Körper 8 steht, so daß die Temperatur in der Kontaktzone 1 0 erfaßt werden kann. Im Kontaktbereich oder der Kontaktzone 10 entsteht aufgrund der Relativbewegung zwischen den Körpern 6, 8 eine Art Schleifkontakt, der zu einem wärme- und reibungsinduzierten Verschmiereffekt der Leiter 2, 4 führt. Es entsteht zwischen den Leitern 2, 4 ein elektrischer Kontakt. Mit zunehmendem Abstand von dem Kontaktbereich stellt sich eine elektrische Spannungsdifferenz zwischen den Leitern 2 und 4 ein, die ein Maß für die Temperatur in der Kon taktzone 10 ist. Die Temperatur läßt sich bei Integration des Sensors in einen Körper 8 unmittelbar für die Kontaktzone 10 feststellen. Fig. 1 shows a portion of a thermocouple according to the invention 1 illustrates a sensor according to the invention in a schematic and enlarged representation. The exemplary embodiments shown relate to thermocouples 1 , the conductors 2 , 4 of which, with their end sections - on the left in FIG. 1 - are in operation in contact with a body 6 , which in turn is in contact with an adjacent body 8 , so that the temperature can be detected in the contact zone 1 0. In the contact area or the contact zone 10 , a kind of sliding contact arises due to the relative movement between the bodies 6 , 8 , which leads to a heat and friction-induced smearing effect of the conductors 2 , 4 . An electrical contact is formed between the conductors 2 , 4 . With increasing distance from the contact area, an electrical voltage difference between the conductors 2 and 4 arises, which is a measure of the temperature in the contact zone 10 . The temperature can be determined directly for the contact zone 10 when the sensor is integrated into a body 8 .

Der zylindrische, zentrale und eine Längsachse 12 (Hauptachse) aufweisende Leiter 2 besteht im Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus Ni-Cr und ist nach Art eines flexiblen Kabels ausgebildet. Er ist von einer dünnschichtigen elektrischen Isolierung 14 vollständig umhüllt, die koaxial zu dem Leiter 2 und dessen Längsachse 12 angeordnet ist. Die Isolierschicht kann beispielsweise aus SiO₂ oder Si₃N₄ bestehen. Selbstverständlich können auch andere oben angesprochene Werkstoffe zur Verwirklichung des Thermoelements 1 eingesetzt werden. Der die Isolierschicht umhüllende Leiter 4 kann z. B. aus Ni bestehen. Die Leiter 2, 4 sind mit elektrischen Leitungen verbunden, die zu einer Auswerteeinrichtung führen, in der aus der Thermo-Spannung (Potentialdifferenz) zwischen den Leitern 2, 4 ein Tempera turwert ermittelt werden kann.In the exemplary embodiment, the cylindrical, central conductor 2, which has a longitudinal axis 12 (main axis), essentially consists of Ni-Cr and is designed in the manner of a flexible cable. It is completely covered by a thin-layer electrical insulation 14 , which is arranged coaxially with the conductor 2 and its longitudinal axis 12 . The insulating layer can consist of SiO ₂ or Si ₃ N ₄ , for example. Of course, other materials mentioned above can also be used to realize the thermocouple 1 . The conductor 4 enveloping the insulating layer may e.g. B. consist of Ni. The conductors 2 , 4 are connected to electrical lines which lead to an evaluation device in which a temperature value can be determined from the thermal voltage (potential difference) between the conductors 2 , 4 .

Der ebenfalls dünnschichtige und zylindrische Leiter 4 ist benachbart zu der Isolierschicht 14 angeordnet und im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls konzentrisch zu dem Leiter 2 und dessen Längsachse 12 angeordnet. Eine äußere Isolierschicht 16 umhüllt den Leiter 4, die Isolierschicht 14 sowie den Leiter 2 und ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet sowie konzentrisch zu den zuvor genannten Bauteilen und der Längsachse 12 angeordnet. Sie sorgt für einen äußeren Schutz und gegebenenfalls eine elektrische Isolierung gegenüber einem Körper, in den das Thermoelement eingesetzt oder an welchem es befestigt werden kann. Bei dem Körper kann es sich beispielsweise um ein Werkzeug, ein Werkstück, ein Bremselement einer Bremse für Fahrzeuge oder ein Bauteil in relativer Bewegung zu einem anderen Festkörper handeln.The likewise thin-layer and cylindrical conductor 4 is arranged adjacent to the insulating layer 14 and, in the exemplary embodiment shown, is likewise arranged concentrically to the conductor 2 and its longitudinal axis 12 . An outer insulating layer 16 envelops the conductor 4 , the insulating layer 14 and the conductor 2 and is likewise cylindrical and arranged concentrically with the aforementioned components and the longitudinal axis 12 . It provides external protection and, if necessary, electrical insulation from a body into which the thermocouple can be inserted or to which it can be attached. The body can be, for example, a tool, a workpiece, a brake element of a brake for vehicles or a component in relative movement to another solid body.

Der zuvor beschriebene prinzipielle Aufbau des Thermoelements könnte auch bei einem verschleißfreien Thermoelement realisiert sein. In diesem Fall würde die Isolierschicht 14 zwischen den Leitern 2, 4 an einem Endabschnitt so ausgebildet sein, z. B. verkürzt sein, daß die Leiter 2, 4 dort in unmittelbarem Kontakt zueinander stehen und so eine Thermo-Spannung entsteht. Die Isolierschicht 14, der Leiter 4 und die Isolierschicht 16 können durch die sogenannte Dünnschicht- oder Dickschichttechnologie aufgetragen worden sein. Auch bieten sich sog. Tauchverfahren an; ein drahtähnlicher zylindrischer Leiter 2 kann in ein Bad aus flüssigem Isoliermaterial eingetaucht werden, welches aushärtet; anschließend kann das Produkt in ein Bad mit flüssigen Leitermaterial zur Herstellung des Leiters 4 getaucht werden; schließlich kann das Produkt zur Umhüllung mit einer äußeren Isolierschicht 16 in ein Bad mit flüssigem Isoliermaterial getaucht werden.The basic structure of the thermocouple described above could also be implemented with a wear-free thermocouple. In this case, the insulating layer 14 between the conductors 2 , 4 would be formed at one end portion, e.g. B. be shortened that the conductors 2 , 4 there are in direct contact with each other and so a thermal voltage arises. The insulating layer 14 , the conductor 4 and the insulating layer 16 can have been applied by the so-called thin-film or thick-film technology. So-called diving processes are also available; a wire-like cylindrical conductor 2 can be immersed in a bath of liquid insulating material which hardens; the product can then be immersed in a bath with liquid conductor material for producing the conductor 4 ; finally, the product can be immersed in a bath with liquid insulating material for covering with an outer insulating layer 16 .

Die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen alternative Gestaltungen des erfindungs gemäßen Thermoelements 1 eines Sensors in schematischer Darstellung; zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Beschreibungen hinsichtlich prinzipiell gleicher Bauteile verwiesen, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugs zeichen verwendet werden. Figures 3 to 5 illustrate alternative designs of modern fiction, thermocouple 1 of a sensor in a schematic representation. To avoid repetition, reference is made to the above descriptions with regard to principally the same components, the same reference symbols being used for the same components.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Thermoelement sind der Leiter 2, die Isolierschicht 14, der Leiter 4 und die äußere Isolierschicht 16 quadratisch ausgebildet, während für diese Bauteile in Fig. 4 eine dreieckige Gestaltung (hier z. B. ein gleichschenk liges Dreieck) gewählt ist. In Fig. 5 weisen die zuvor genannten Komponenten eine ungleichmäßige und unregelmäßige Gestaltung sowie Schichtdicken auf. Alle zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und ähnliche Gestaltungen (etwa eine elliptische Form) weisen den erfindungsgemäßen Vorteil auf, daß im Falle eines ver schleißenden Thermoelements die Funktion unabhängig von der Relativbewegungs richtung der Bauteile bezogen auf die Hauptachse der stirnseitigen Endabschnitte der Leiter 2, 4 erfüllt und ein ausreichender Verschmiereffekt erreicht wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Leiter 2, 4 gekrümmt ausgebildet sind bzw. gekrümmte oder winklig zueinander angeordnete Abschnitte aufweisen (Fig. 3 und 4), so daß unabhängig von der Verschleißrichtung es stets in wenigstens einem Abschnitt zu dem gewünschten Verschmiereffekt zwischen den Leitern 2, 4 kommt.In the thermocouple shown in FIG. 3, the conductor 2 , the insulating layer 14 , the conductor 4 and the outer insulating layer 16 are square, while for these components in FIG. 4 a triangular design (here, for example, an isosceles triangle) is selected. In Fig. 5, the aforementioned components have an uneven and irregular design and layer thicknesses. All of the previously described exemplary embodiments and similar designs (for example an elliptical shape) have the advantage according to the invention that, in the case of a wearing thermocouple, the function is carried out independently of the relative movement direction of the components with respect to the main axis of the front end sections of the conductors 2 , 4 and a sufficient smearing effect is achieved. This is due to the fact that the conductors 2 , 4 are curved or have sections which are curved or arranged at an angle to one another ( FIGS. 3 and 4), so that regardless of the direction of wear, there is always the desired smearing effect between the conductors in at least one section 2 , 4 is coming.

In Fig. 6 bis 11 ist eine erfindungsgemäße Schraube 18 mit einem integrierten erfindungsgemäßen Sensor dargestellt. Die Schraube 18 weist an ihrem Schaft abschnitt 20 ein Außengewinde 24 auf, welches mit einem entsprechenden Innengewinde in dem Körper 8 in Eingriff ist. Der Endabschnitt der Schraube 18 ist in der Kontaktzone 10 in Kontakt mit dem Körper 6 und fluchtet mit der Kontakt ebene zwischen beiden Körpern 6, 8. Die Schraube 18 sowie der integrierte Sensor verschleißen gemeinsam mit dem Bauteil 8, so daß während des gesamten Verschleißes die Temperatur in der Kontaktzone 10 gemessen werden kann, bis die Schraube 18 weitestgehend verschlissen ist. In FIG. 6 to 11 according to the invention, a screw 18 is shown with an integrated sensor according to the invention. The screw 18 has on its shaft section 20 an external thread 24 , which is in engagement with a corresponding internal thread in the body 8 . The end portion of the screw 18 is in contact zone 10 in contact with the body 6 and is flush with the contact plane between the two bodies 6 , 8 . The screw 18 and the integrated sensor wear together with the component 8 , so that the temperature in the contact zone 10 can be measured during the entire wear until the screw 18 is largely worn out.

Ein Thermoelement 1 der zuvor beschriebenen Bauart ist in eine im wesentlichen in den Schaftabschnitt 20 und teilweise in dem Kopfabschnitt 22 in der Schraube 18 ausgebildeten Ausnehmung eingesetzt. Der Leiter 2, die Isolierung 14, der Leiter 4, die äußere Isolierung 16 sowie das an dem Schaftabschnitt 20 ausgebildete Außengewinde 24 sind konzentrisch zur Längsachse 12 angeordnet. Im Kopf abschnitt sind mit den Leitern 2, 4 verbundene Verbindungsleitungen in Aus nehmungen in dem Kopfabschnitt 22 angeordnet, die in zwei Steckeraufnahmen 26 führen, die mit Signalleitungen 27, wie in Fig. 11 dargestellt ist, verbindbar sind. Die Steckeraufnahme 26 weist zwei zylindrische Isolierabschnitte 30 auf, in die Steckerabschnitte 28 eines Steckers 29 gemäß Fig. 11, die z. B. zylindrisch sind, einführbar sind. Die zylindrischen Steckerabschnitte 28 kommen mit kreisscheiben förmigen Kontaktabschnitten 32, die mit den Leitern 2 bzw. 4 verbunden sind, in Kontakt.A thermocouple 1 of the type described above is inserted into a recess formed essentially in the shaft section 20 and partially in the head section 22 in the screw 18 . The conductor 2 , the insulation 14 , the conductor 4 , the outer insulation 16 and the external thread 24 formed on the shaft section 20 are arranged concentrically to the longitudinal axis 12 . In the head section are connected to the conductors 2 , 4 connecting lines in recesses in the head section 22 which lead to two connector receptacles 26 which can be connected to signal lines 27 , as shown in FIG. 11. The plug receptacle 26 has two cylindrical insulating sections 30 , in the plug sections 28 of a plug 29 according to FIG . B. are cylindrical, are insertable. The cylindrical connector sections 28 come into contact with circular-shaped contact sections 32 , which are connected to the conductors 2 and 4 , respectively.

In Fig. 10 ist der Sensorabschnitt separat dargestellt, wie er vor dem Einsetzen in die in der Schraube ausgebildeten Ausnehmung 25 beschaffen ist.In FIG. 10, the sensor section is shown separately as it is designed before it is inserted into the recess 25 formed in the screw.

Fig. 12 veranschaulicht einen alternativen Sensor, der einen zylindrischen Leiter 4, eine umhüllende Isolierschicht 14 sowie mehrere spiralförmig um den Leiter 2 und die Isolierschicht 14 gewickelte Leiter 4 in Form von Drähten aufweist. Die Leiter 2, 4 sind im mechanischen Kontaktbereich (links) mit einem Körper im elektrischen Kontakt, um dort die Temperatur messen zu können, und andererseits (rechts) in nicht dargestellter Weise mit Signalleitungen verbindbar, um die Thermospannung übertragen zu können. FIG. 12 illustrates an alternative sensor which has a cylindrical conductor 4 , an enveloping insulating layer 14 and a plurality of conductors 4 in the form of wires which are wound spirally around the conductor 2 and the insulating layer 14 . The conductors 2 , 4 are in the mechanical contact area (left) with a body in electrical contact in order to be able to measure the temperature there, and on the other hand (right) can be connected to signal lines in a manner not shown in order to be able to transmit the thermal voltage.

Reference list

11

Thermoelement
Thermocouple

22nd

, ,

44th

Leiter
ladder

66

, ,

88th

Körper
body

1010th

Kontaktzone
Contact zone

1212th

Längsachse
Longitudinal axis

1414

, ,

1616

Isolierschicht
Insulating layer

1818th

Schraube
screw

2020th

Schaftabschnitt
Shaft section

2222

Kopfabschnitt
Head section

2424th

Außengewinde
External thread

2525th

Ausnehmung
Recess

2626

Steckeraufnahme
Connector receptacle

2727

Signalleitung
Signal line

2828

Steckerabschnitt
Connector section

2929

Stecker
plug

3030th

Isolierabschnitt
Insulating section

3232

Kontaktabschnitt
Contact section

Claims

1. Sensor for determining the temperature in the contact zone ( 10 ) between two bodies ( 6 , 8 ) in contact and movable relative to one another, with a two electrical conductors ( 2 , 4 ) that can be attached to one of the bodies ( 6 , 8 ) pointing thermocouple ( 1 ) for generating a voltage corresponding to the temperature to be determined, characterized in that the conductors ( 2 , 4 ) of the thermocouple ( 1 ) are closely spaced apart and are in operation by frictional heat and / or deformation in electrically contact a new zone of contact between the bodies, and that a conductor (2, 4) the other conductor (2, 4) completely covered partially or.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that at least one of the conductors ( 2 , 4 ) is layer-shaped and curved or with sections arranged at an angle to one another.

3. Sensor according to claim 2, characterized in that the conductors ( 2 , 4 ) are arranged substantially coaxially with respect to one another on a main axis ( 12 ).

4. Sensor according to claim 1 or 3, characterized in that at least one outer conductor ( 4 ) envelops an inner conductor ( 2 ) substantially in a spiral.

5. Sensor according to claim 4, characterized in that a plurality of spiral, parallel outer conductors ( 4 ) are wound around the inner conductor ( 2 ).

6. Sensor according to one of the preceding claims 3 to 5, characterized in that at least one of the conductors ( 2 ), preferably an inner conductor ( 2 ) has a substantially cylindrical shape.

7. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that one of the conductors ( 2 ) is designed as a carrier body and the other conductor ( 4 ) envelops the first conductor and an insulating layer ( 14 ) is arranged between the conductors.

8. Sensor according to claim 7, characterized in that the conductor ( 2 ) forming the carrier body is designed as a flexible cable.

9. Sensor according to one of the preceding claims, characterized by an outer, the conductor ( 2 , 4 ) enveloping insulating layer ( 16 ).

10. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the thermocouple ( 1 ) is inserted into a recess ( 25 ) formed in a screw ( 18 ).

11. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that one conductor consists essentially of Ni-Cr and the other Conductor consists essentially of Ni.

12. Thermocouple for determining the temperature, with two electrical conductors ( 2 , 4 ) which are in electrical contact with one another in a contact region ( 10 ) and whose electrical voltage which is established between them represents a measure of the temperature in the contact region that one of the conductors ( 4 ) partially or completely envelops the other conductor ( 2 ).

13. Thermocouple according to claim 12, characterized in that the conductors ( 2 , 4 ) are arranged coaxially to one another.

14. Thermocouple according to claim 13, characterized in that it according to one of the preceding claims 1 to 9 is trained.

15. Screw with a shaft section ( 20 ) and a head section ( 22 ), characterized by a recess ( 25 ) extending essentially in the longitudinal direction of the screw ( 18 ) for receiving a sensor, preferably according to one of the preceding claims 1 to 11.

16. Screw according to claim 15, characterized in that the recess ( 25 ) is substantially cylindrical.

17. Screw according to claim 15, characterized in that in the head portion ( 22 ) electrical contacts are arranged in a recess, which are connected on the one hand to the sensor and on the other hand with a plug ( 29 ).