EP3948203A1 - Method for producing a sensor device and component and/or chassis component comprising a sensor device of this kind - Google Patents

Method for producing a sensor device and component and/or chassis component comprising a sensor device of this kind

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Publication number
EP3948203A1
EP3948203A1 EP20707218.2A EP20707218A EP3948203A1 EP 3948203 A1 EP3948203 A1 EP 3948203A1 EP 20707218 A EP20707218 A EP 20707218A EP 3948203 A1 EP3948203 A1 EP 3948203A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
sensor layer
blind hole
recess
carrier material
Prior art date
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Pending
Application number
EP20707218.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Klank
Thomas Koehne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3948203A1 publication Critical patent/EP3948203A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14639—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles for obtaining an insulating effect, e.g. for electrical components
    • G—PHYSICS
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    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0004—Force transducers adapted for mounting in a bore of the force receiving structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0083—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by measuring variation of impedance, e.g. resistance, capacitance, induction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/34—Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
    • B29L2031/3406—Components, e.g. resistors

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sensor device for measuring a momentary load on a component, in which the component is made of a plastic, in which a sensor layer is arranged on the component, the sensor layer having a carrier material and electrically conductive particles embedded therein . Furthermore, the invention relates to a component and / or chassis component which is produced according to such a method.
  • the disadvantage here is that it is difficult to measure loads, in particular forces, within the component, for example a ball joint, by means of such a sensor device. Even if the sensor layer were not attached to the outside of the component, but to an inside between two component components, the loads here would often be so great that the, especially thin, sensor layers would be damaged. In particular, the loads between a ball socket and a joint ball or between a joint housing and the ball socket are so great that a sensor layer attached here would be quickly damaged.
  • the object on which the invention is based is to further develop a method, a component and / or a chassis component of the type mentioned at the outset in such a way that loads and / or forces in a component can be better and / or more reliably measured or determined.
  • an alternative embodiment is to be provided.
  • the object on which the invention is based is achieved with a method according to claim 1 and by means of a component and / or chassis component according to claim 10.
  • Preferred developments of the invention can be found in the subclaims and in the following description.
  • the invention thus relates to a method for producing a sensor device for measuring a momentary load on a component.
  • measuring a momentary load on the component is to be understood as measuring, determining and / or determining a force or force component acting on the component and / or in the component.
  • the sensor device can thus be designed to measure a force or force component currently acting on the component.
  • the load on the component can be a deformation of the component.
  • the momentary load on the component can be an elastic or plastic deformation of the component.
  • the blind hole-like depression is at least partially filled with the carrier material formed as a liquid with the embedded, electrically conductive particles.
  • a liquid carrier material with the electrically conductive particles can be arranged particularly easily in the blind hole-like depression.
  • the blind hole-like depression can be filled and / or filled up at least partially with the liquid carrier material and the embedded, electrically conductive particles under the action of gravity and / or a capillary action.
  • the blind hole-like depression can have a diameter of a few millimeters.
  • the diameter of the sack hole-like depression is preferably smaller than 3 mm, smaller than 2 mm or smaller than 1 mm.
  • a lacquer is used as the liquid carrier material.
  • the electrically conductive particles are preferably designed as carbon nanotubes or so-called carbon nanotubes (CNT).
  • CNT carbon nanotubes
  • the electrically conductive particles are isotropically aligned and / or distributed within the carrier material.
  • the electrically conductive particles are preferably designed as force-sensitive elements.
  • the carbon nanotubes are microscopic tubular structures made of carbon. Carbon nanotubes are electrically conductive and also have the property that they change their electrical resistance when subjected to mechanical stress, for example when they are stretched or compressed as a result of a force. This effect can be used to use carbon nanotubes as force-sensitive elements.
  • force-sensitive elements can be designed as graphene, graphene oxide, carbon black or nanowires.
  • the carrier material with the embedded, electrically conductive particles hardens after the at least partial filling and / or filling of the blind hole-like depression.
  • the carrier material is cured.
  • the hardening of the carrier material can thus be actively initiated or promoted by means of suitable measures. For example, local heating can promote or accelerate the hardening of the carrier material.
  • the carrier material After the carrier material has hardened, it is held together with the electrically conductive particles reliably and / or permanently within the blind hole-like depression.
  • the sensor layer is formed in the blind hole-like recess.
  • At least two electrical line sections for providing contact points for the sensor layer are embedded in the component.
  • the line sections are partially encapsulated and / or overmolded by the plastic of the component when producing the construction.
  • the line sections are protected from external influences and are permanently arranged due to the incorporation and / or integration into the component.
  • the contact points themselves are not covered with the plastic of the component.
  • the line sections and the contact points are arranged such that the contact points are accessible through the blind hole-like recess for the sensor layer.
  • the contact points are preferably arranged in an inner peripheral surface of the blind hole-like recess. Alternatively, the contact points protrude into the blind hole-like recess.
  • the contact points with the sensor layer provided by means of the two electrical line sections are preferably connected to one another in an electrically conductive manner. This creates an electrically conductive connection between the contact points achieved by or by means of the sensor layer, which is arranged in the blind hole-like recess.
  • the line sections can be designed as stamped grids or wires. This enables inexpensive production and / or simple arrangement in the component, in particular in the injection molding tool for producing the component.
  • the contact points are arranged at a distance from one another in the longitudinal direction of the pocket-like recess.
  • the blind hole-like depression is filled and / or filled with the liquid carrier material with the embedded, electrically conductive particles at least until the contact points contact the carrier material and / or the embedded, electrically conductive particles.
  • a first contact point is preferably arranged adjacent to a bottom of the blind hole-like recess.
  • a second contact point can be arranged adjacent to an opening in the blind hole-like recess.
  • the first contact point can be assigned to a first line section and the second contact point to a second line section.
  • the carrier material itself can be designed to be electrically conductive.
  • the measurement, determination and / or determination of the acting load is independent of the amount of the filled carrier material for forming the sensor layer as long as both contact points are connected to one another in an electrically conductive manner by means of the sensor layer.
  • the extent to which the sensor layer extends beyond the contact point assigned to the opening in the direction of the opening, on the other hand, is irrelevant for the functioning of the sensor device.
  • the sensor device is connected to an evaluation device.
  • the evaluation device can determine and / or determine the instantaneous load on the component from electrical resistance measurements on the sensor layer.
  • at least one force and / or force component acting on the component can be determined and / or ascertained.
  • a shear, pressure or tensile load on the component can be determined.
  • a tensile force acting on the component can be determined from a measured, determined and / or determined expansion of the sensor layer.
  • One on the construction Partly acting compressive force can be determined from a measured, determined and / or determined compression of the sensor layer.
  • a plurality of blind hole-like depressions for receiving one sensor layer each are arranged and / or formed in the component.
  • a sensor device with several sensor layers can thus be implemented.
  • the multiple ren blind hole-like depressions and / or multiple sensor layers can be arranged in a suitable manner in relation to one another in the component so that the load on the component, in particular one or more force acting on the component, is shifted by means of the evaluation device, taking into account the measurement on multiple sensor layers Force components, can be determined in more detail. For example, a bending force and / or torsion acting on the component can be determined.
  • the sensor device is preferably designed, in particular by means of a plurality of sensor layers, in order to determine forces currently acting on the component in a location-dependent and / or direction-dependent manner.
  • the component is designed as a chassis component for a vehicle, in particular a motor vehicle.
  • the component can be implemented as a ball socket and / or a joint housing for a ball joint.
  • a ball joint can be, for example, a ball sleeve joint or a ball and socket joint.
  • the blind hole-like recess with the sensor layer can be arranged in the ball socket and / or in the joint housing. Forces acting in the ball joint can be determined by means of such a sensor device.
  • several blind hole-like depressions, each with a sensor layer are distributed around a joint ball in the ball socket and / or in the joint housing.
  • a component and / or chassis component which is manufactured according to the method according to the invention is particularly advantageous, the sensor layer being received in the at least one sack-hole-like depression.
  • the sensor layer in the blind hole-like recess is protected from external influences and / or increased wear.
  • the component and / or chassis component produced according to the method according to the invention is a component and / or chassis component described above.
  • the method is preferably developed in accordance with all of the configurations explained in connection with the component according to the invention and / or chassis component described here.
  • the component and / or chassis component described here can be further developed in accordance with all the configurations explained in connection with the method.
  • FIG. 1 shows a sectional schematic side view of a component according to the invention
  • Fig. 2 is a sectional schematic side view of a chassis component according to the invention Shen.
  • FIG. 1 shows a sectional schematic side view of a component 1 according to the invention.
  • the component 1 is made from a plastic.
  • the component 1 has a sensor device 2.
  • the sensor device 2 has a sensor layer 3.
  • the sensor layer 3 is formed by means of a carrier material and electrically conductive particles embedded therein, which are not shown in detail here. With this execution, the electrically conductive particles are designed as carbon nanotubes.
  • the component 1 has a recess 4 similar to a blind hole.
  • the blind hole-like recess 4 extends into the component 1 like a shaft.
  • the sensor layer 3 is arranged within the blind hole-like recess 4. In this game,sbei the blind hole-like recess 4 is only partially filled or filled by means of the sensor layer 3. Alternatively, the blind hole-like depression 4 can also be completely filled or filled up by means of the sensor layer 3.
  • the sensor device 2 has two electrical line sections 5, 6.
  • the electrical line sections 5, 6 are essentially embedded in the component 1.
  • the electrical line sections 5, 6 provide contact points 7, 8 for the sensor layer 3.
  • the two contact points 7, 8 are connected to the sensor layer 3 in an electrically conductive manner.
  • the electrical line sections 5, 6 can be designed as a lead frame.
  • a first contact point 7 of the, in particular the first, electrical line section 5 is arranged adjacent to a bottom 9 of the blind hole-like recess 4 on an inner circumferential surface 10 of the blind hole-like recess 4.
  • a second contact point 8 of the, in particular the second, electrical line section 6 is arranged adjacent to an opening 11 of the blind hole-like recess 4 on the inner circumferential surface 10.
  • the ends of the electrical line sections 5, 6 facing away from the contact points 7, 8 are connected to an evaluation device 12.
  • the electrical line sections 5, 6, for example in the form of a stamped grid, are first arranged in an injection molding tool not shown here.
  • the component 1 is then produced from a plastic.
  • the line sections 5, 6 are partially encapsulated by the plastic of the component 1 or injected around.
  • the blind hole-like recess 4 can be realized at the same time.
  • the blind hole-like recess 4 can be made after the manufacture of the component 1 by means of a bore. Subsequently, the blind hole-like recess 4 is partially or completely filled or filled with a liquid carrier material with the embedded, electrically conductive particles.
  • blind hole-like recess 4 It is essential here that enough carrier material is filled into the blind hole-like recess 4 so that the carrier material contacts both the contact point 7 and the contact point 8 of the two electrical line sections 5, 6.
  • the extent to which the blind hole-like depression 4 is also filled is not relevant for the function of the sensor device 2.
  • the liquid carrier material is designed as a lacquer with embedded, electrically conductive particles.
  • the carrier material can be filled under the action of gravity and / or a capillary action through the opening 11 into the blind hole-like recess 4. The carrier material then hardens to form the sensor layer 3 and / or is actively hardened.
  • the ends of the line sections 5, 6 facing away from the contact points 7, 8 are connected to the evaluation device 12. From electrical resistance measurements on the sensor layer 3, an instantaneous load and / or force acting on the component 1 can be determined by means of the evaluation device 12.
  • a load or force which is indicated as indicated by arrow 13
  • the sensor layer 3 is stretched or stretched as indicated by arrow 14. This also leads to an expansion or stretching of the electrically conductive particles, which results in a change in the resistance of the sensor layer 3.
  • the sensor layer 3 contracts again. This shortens the electrically conductive particles in the sensor layer 3, which in turn causes a change in the electrical resistance of the sensor layer 3.
  • FIG. 2 shows a sectional schematic side view of a chassis component 15 according to the invention. is interpreted.
  • the ball joint 16 has a joint ball 17, the Lich joint movement in the ball socket 15 is received or stored.
  • the spherical shell 15 has a sensor device 2, which is designed essentially as shown in FIG. In this respect, reference is also made to the preceding description.
  • the spherical shell 15 can have several blind hole-like depressions 4, each of which has a sensor layer 3.
  • the plurality of blind hole-like depressions 4 or sensor layers 3 can be arranged in a uniformly distributed manner around the joint ball 17.
  • two or more of the blind hole-like depressions 4 or sensor layers 3 can be aligned transversely or at right angles to one another with regard to their respective longitudinal alignment. In this way, an improved location-dependent and / or direction-dependent determination of the loads and / or forces acting can be achieved.

Abstract

The invention relates to a method for producing a sensor device (2) for measuring an instantaneous load on a component (1, 15), in which the component (1, 15) is produced from a plastic, in which a sensor layer (3) is arranged on the component (1, 15), wherein the sensor layer (3) has a carrier material and electrically conductive particles embedded in said carrier material. In order to be able to measure or determine loads and/or forces in the component (1, 15) better and/or more reliably, the method is characterized in that at least one blind hole-like recess (4) for receiving the sensor layer (3) is formed in the component (1, 15).

Description

Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtunq und Bauteil und/oder Fahrwerks bauteil mit einer solchen Sensoreinrichtunq Method for producing a sensor device and component and / or chassis component with such a sensor device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung zum Messen einer momentanen Belastung eines Bauteils, bei dem das Bauteil aus einem Kunststoff hergestellt wird, bei dem eine Sensorschicht an dem Bauteil angeordnet wird, wobei die Sensorschicht einen Trägerwerkstoff und darin eingebettete, elektrisch leitfähige Partikel aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil und/oder Fahrwerksbauteil, das gemäß einem solchen Verfahren hergestellt ist. The invention relates to a method for producing a sensor device for measuring a momentary load on a component, in which the component is made of a plastic, in which a sensor layer is arranged on the component, the sensor layer having a carrier material and electrically conductive particles embedded therein . Furthermore, the invention relates to a component and / or chassis component which is produced according to such a method.
Ein derartiges Verfahren bzw. Bauteil ist aus der DE 10 2016 204 557 A1 bekannt. Hiernach ist die Sensorschicht als eine Beschichtung auf dem Bauteil ausgebildet. Beispielsweise kann die Sensorschicht als ein Anstrich realisiert sein. Alternativ kann die Sensorschicht durch Aufsprühen des Trägerwerkstoffs mit den eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln auf das Bauteil ausgebildet werden. Such a method or component is known from DE 10 2016 204 557 A1. The sensor layer is then designed as a coating on the component. For example, the sensor layer can be implemented as a paint. Alternatively, the sensor layer can be formed by spraying the carrier material with the embedded, electrically conductive particles onto the component.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass ein Messen von Belastungen, insbesondere von Kräften, innerhalb des Bauteils, beispielsweise eines Kugelgelenks, mittels einer sol chen Sensoreinrichtung schwierig ist. Selbst wenn man die Sensorschicht nicht an der Außenseite des Bauteils, sondern an einer Innenseite zwischen zwei Bauteil komponenten anbringen würde, wären die Belastungen hier oftmals so groß, dass die, insbesondere dünnen, Sensorschichten, beschädigt werden würden. Insbeson dere sind die Belastungen zwischen einer Kugelschale und einer Gelenkkugel oder zwischen einem Gelenkgehäuse und der Kugelschale derart groß, dass eine hier angebrachte Sensorschicht schnell beschädigt werden würde. The disadvantage here, however, is that it is difficult to measure loads, in particular forces, within the component, for example a ball joint, by means of such a sensor device. Even if the sensor layer were not attached to the outside of the component, but to an inside between two component components, the loads here would often be so great that the, especially thin, sensor layers would be damaged. In particular, the loads between a ball socket and a joint ball or between a joint housing and the ball socket are so great that a sensor layer attached here would be quickly damaged.
Es ist die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, ein Verfahren, ein Bauteil und/oder ein Fahrwerksbauteil der eingangs genannten Art derart weiterzuentwi ckeln, dass Belastungen und/oder Kräfte in einem Bauteil besser und/oder zuverläs siger gemessen bzw. ermittelt werden können. Insbesondere soll eine alternative Ausführungsform bereitgestellt werden. Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit einem Verfahren nach An spruch 1 und mittels eines Bauteils und/oder Fahrwerksbauteils nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprü chen und in der nachfolgenden Beschreibung. The object on which the invention is based is to further develop a method, a component and / or a chassis component of the type mentioned at the outset in such a way that loads and / or forces in a component can be better and / or more reliably measured or determined. In particular, an alternative embodiment is to be provided. The object on which the invention is based is achieved with a method according to claim 1 and by means of a component and / or chassis component according to claim 10. Preferred developments of the invention can be found in the subclaims and in the following description.
Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung zum Messen einer momentanen Belastung eines Bauteils. Insbesondere ist unter einem Messen einer momentanen Belastung des Bauteils ein Messen, Ermitteln und/oder Bestimmen einer auf das Bauteil und/oder in dem Bauteil wirkenden Kraft oder Kraftkomponente zu verstehen. Somit kann die Sensoreinrichtung zum Messen einer momentan auf das Bauteil wirkenden Kraft oder Kraftkomponente ausgebildet sein. Bei der Belastung des Bauteils kann es sich um eine Verformung des Bauteils handeln. Insbesondere kann es sich bei der momentanen Belastung des Bauteils um eine elastische oder plastische Verformung des Bauteils handeln. The invention thus relates to a method for producing a sensor device for measuring a momentary load on a component. In particular, measuring a momentary load on the component is to be understood as measuring, determining and / or determining a force or force component acting on the component and / or in the component. The sensor device can thus be designed to measure a force or force component currently acting on the component. The load on the component can be a deformation of the component. In particular, the momentary load on the component can be an elastic or plastic deformation of the component.
Das Bauteil wird aus einem Kunststoff hergestellt. Vorzugsweise wird das Bauteil mittels eines Spritzgussverfahrens in einem Spritzgusswerkzeug hergestellt. Insbe sondere ist das Bauteil selbst nicht elektrisch leitend. Des Weiteren wird gemäß dem Verfahren eine Sensorschicht an dem Bauteil angeordnet. Hierbei weist die Sensor schicht einen Trägerwerkstoff und darin eingebettete, elektrisch leitfähige Partikel auf. Vorzugsweise wird die Sensorschicht aus dem Trägerwerkstoff und den darin eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikel ausgebildet. Insbesondere ermöglicht die Sensorschicht mittels der elektrisch leitfähigen Partikel die Durchführung von elektrischen Widerstandsmessungen. Aus den elektrischen Widerstandsmessungen an der Sensoreinrichtung bzw. der Sensorschicht kann die momentane Belastung, insbesondere eine einwirkende Kraft oder Kraftkomponente, des Bauteils ermittelt werden. In dem Bauteil wird mindestens eine sacklochartige Vertiefung zum Auf nehmen der Sensorschicht ausgebildet. The component is made from a plastic. The component is preferably produced in an injection molding tool by means of an injection molding process. In particular, the component itself is not electrically conductive. Furthermore, according to the method, a sensor layer is arranged on the component. Here, the sensor layer has a carrier material and electrically conductive particles embedded therein. The sensor layer is preferably formed from the carrier material and the electrically conductive particles embedded therein. In particular, the sensor layer enables electrical resistance measurements to be carried out by means of the electrically conductive particles. The current load, in particular an acting force or force component, of the component can be determined from the electrical resistance measurements on the sensor device or the sensor layer. In the component at least one blind hole-like recess for taking on the sensor layer is formed.
Hierbei ist von Vorteil, dass aufgrund der sackloch artigen Vertiefung zum Aufnehmen der Sensorschicht die Sensorschicht nicht an einer Seitenfläche des Bauteils ange ordnet werden muss. Stattdessen kann die Sensorschicht in der sacklochartigen Ver tiefung und/oder dem Bauteil selbst angeordnet und/oder eingebettet werden. Hier- durch kann die Sensorschicht vor unerwünschten Beschädigungen und/oder einem vorzeitigen Verschleiß besser geschützt werden. Dadurch ist eine dauerhafte und zuverlässige Messung der momentanen Belastung des Bauteils, vorzugsweise über die Lebenszeit des Bauteils, gewährleistbar. Die sacklochartige Vertiefung kann be reits bei der Herstellung des Bauteils ausgebildet werden. Alternativ kann die sack lochartige Vertiefung nach dem Herstellen des Bauteils, insbesondere mittels einer Bohrung, hergestellt werden. Die sacklochartige Vertiefung kann schachtartig und/oder taschenartig ausgebildet sein. The advantage here is that due to the blind hole-like recess for receiving the sensor layer, the sensor layer does not have to be arranged on a side surface of the component. Instead, the sensor layer can be arranged and / or embedded in the blind hole-like recess and / or the component itself. Here- this allows the sensor layer to be better protected against undesired damage and / or premature wear. As a result, a permanent and reliable measurement of the instantaneous load on the component can be guaranteed, preferably over the life of the component. The blind hole-like recess can already be formed during the manufacture of the component. Alternatively, the pocket hole-like depression can be produced after the component has been produced, in particular by means of a bore. The blind hole-like recess can be designed like a shaft and / or pocket.
Gemäß einer Weiterbildung wird die sacklochartige Vertiefung mindestens teilweise mit dem als Flüssigkeit ausgebildeten Trägerwerkstoff mit den eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln, ausgefüllt. Ein flüssiger Trägerwerkstoff mit den elektrisch leitfähigen Partikeln lässt sich besonders einfach in der sacklochartigen Vertiefung anordnen. Hierbei kann die sacklochartige Vertiefung unter Wirkung von Schwerkraft und/oder einer Kapillarwirkung mindestens teilweise mit dem flüssigen Trägerwerkstoff und den eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln ausgefüllt und/oder aufgefüllt werden. Die sacklochartige Vertiefung kann einen Durchmesser von wenigen Millimetern aufweisen. Vorzugsweise ist der Durchmesser der sack lochartigen Vertiefung kleiner als 3 mm, kleiner als 2 mm oder kleiner als 1 mm. Ins besondere wird als flüssiger Trägerwerkstoff ein Lack verwendet. Derartige Träger werkstoffe mit eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln sind bereits bekannt und an sich bewährt. Vorzugsweise sind die elektrisch leitfähigen Partikel als Kohlen- stoffnanoröhrchen bzw. sogenannte Carbon-Nano-Tubes (CNT) ausgebildet. Insbe sondere sind die elektrisch leitfähigen Partikel innerhalb des Trägerwerkstoffs isotrop ausgerichtet und/oder verteilt. Vorzugsweise sind die elektrisch leitfähigen Partikel als kraftsensitive Elemente ausgebildet. Insbesondere handelt es sich bei den Koh- lenstoffnanoröhrchen um mikroskopisch kleine röhrenförmige Gebilde aus Kohlen stoff. Kohlenstoffnanoröhrchen sind elektrisch leitend und haben ferner die Eigen schaft, dass diese bei mechanischer Beanspruchung, beispielsweise einer Dehnung oder Stauchung in Folge einer Krafteinwirkung, ihren elektrischen Widerstand än dern. Dieser Effekt kann genutzt werden, um Kohlenstoffnanoröhrchen als kraftsensi tive Elemente zu nutzen. Alternativ können kraftsensitive Elemente als Graphene, Graphenoxid, Ruß oder Nanodrähte ausgebildet sein. Nach einer Weiterbildung härtet der Trägerwerkstoff mit den eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln nach dem mindestens teilweisen Ausfüllen und/oder Auffüllen der sacklochartigen Vertiefung aus. Alternativ oder zusätzlich wird der Trägerwerk stoff ausgehärtet. Somit kann das Aushärten des Trägerwerkstoffs mittels geeigneter Maßnahmen aktiv veranlasst oder gefördert werden. Beispielsweise kann eine lokale Erwärmung das Aushärten des Trägerwerkstoffes begünstigen oder beschleunigen. Nach dem Aushärten des Trägerwerkstoffes ist dieser zusammen mit den elektrisch leitfähigen Partikeln zuverlässig und/oder dauerhaft innerhalb der sacklochartigen Vertiefung gehalten. Insbesondere ist aufgrund des Aushärtens des Trägerwerkstof fes die Sensorschicht in der sacklochartigen Vertiefung gebildet. Hierbei kann die Sensorschicht und/oder der Trägerwerkstoff stoffschlüssig mit dem Bauteil oder einer Innenseite bzw. Innenumfangsfläche der sacklochartigen Vertiefung verbunden sein. Insbesondere ist aufgrund des vorgegebenen Durchmessers bzw. der Innenmaße der sacklochartigen Vertiefung eine Schichtdicke der Sensorschicht vorgegeben. Hierdurch ist zugleich eine Reproduzierbarkeit vereinfacht, was für eine Massenpro duktion wünschenswert iist. According to a further development, the blind hole-like depression is at least partially filled with the carrier material formed as a liquid with the embedded, electrically conductive particles. A liquid carrier material with the electrically conductive particles can be arranged particularly easily in the blind hole-like depression. Here, the blind hole-like depression can be filled and / or filled up at least partially with the liquid carrier material and the embedded, electrically conductive particles under the action of gravity and / or a capillary action. The blind hole-like depression can have a diameter of a few millimeters. The diameter of the sack hole-like depression is preferably smaller than 3 mm, smaller than 2 mm or smaller than 1 mm. In particular, a lacquer is used as the liquid carrier material. Such carrier materials with embedded, electrically conductive particles are already known and proven per se. The electrically conductive particles are preferably designed as carbon nanotubes or so-called carbon nanotubes (CNT). In particular, the electrically conductive particles are isotropically aligned and / or distributed within the carrier material. The electrically conductive particles are preferably designed as force-sensitive elements. In particular, the carbon nanotubes are microscopic tubular structures made of carbon. Carbon nanotubes are electrically conductive and also have the property that they change their electrical resistance when subjected to mechanical stress, for example when they are stretched or compressed as a result of a force. This effect can be used to use carbon nanotubes as force-sensitive elements. Alternatively, force-sensitive elements can be designed as graphene, graphene oxide, carbon black or nanowires. According to a further development, the carrier material with the embedded, electrically conductive particles hardens after the at least partial filling and / or filling of the blind hole-like depression. Alternatively or additionally, the carrier material is cured. The hardening of the carrier material can thus be actively initiated or promoted by means of suitable measures. For example, local heating can promote or accelerate the hardening of the carrier material. After the carrier material has hardened, it is held together with the electrically conductive particles reliably and / or permanently within the blind hole-like depression. In particular, due to the hardening of the support material, the sensor layer is formed in the blind hole-like recess. Here, the sensor layer and / or the carrier material can be materially connected to the component or to an inner side or inner circumferential surface of the blind hole-like recess. In particular, a layer thickness of the sensor layer is predetermined due to the predetermined diameter or the internal dimensions of the blind hole-like depression. This also simplifies reproducibility, which is desirable for mass production.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden mindestens zwei elektrische Leitungs abschnitte zum Bereitstellen von Kontaktstellen für die Sensorschicht in das Bauteil eingebettet. Insbesondere werden die Leitungsabschnitte beim Herstellen des Bau teils teilweise von dem Kunststoff des Bauteils umgossen und/oder umspritzt. Hierbei sind die Leitungsabschnitte aufgrund der Einbindung und/oder Integration in das Bauteil vor äußeren Einflüssen geschützt und dauerfest angeordnet. Die Kontaktstel len selbst sind nicht mit dem Kunststoff des Bauteils bedeckt. Die Leitungsabschnitte und die Kontaktstellen sind derart angeordnet, dass die Kontaktstellen durch die sacklochartige Vertiefung für die Sensorschicht zugänglich sind. Vorzugsweise sind die Kontaktstellen in einer Innenumfangsfläche der sacklochartigen Vertiefung ange ordnet. Alternativ ragen die Kontaktstellen in die sacklochartige Vertiefung hinein. According to a further embodiment, at least two electrical line sections for providing contact points for the sensor layer are embedded in the component. In particular, the line sections are partially encapsulated and / or overmolded by the plastic of the component when producing the construction. In this case, the line sections are protected from external influences and are permanently arranged due to the incorporation and / or integration into the component. The contact points themselves are not covered with the plastic of the component. The line sections and the contact points are arranged such that the contact points are accessible through the blind hole-like recess for the sensor layer. The contact points are preferably arranged in an inner peripheral surface of the blind hole-like recess. Alternatively, the contact points protrude into the blind hole-like recess.
Vorzugsweise werden die mittels der zwei elektrischen Leitungsabschnitte bereitge stellten Kontaktstellen mit der Sensorschicht elektrisch leitend miteinander verbun den. Somit wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktstellen durch die bzw. mittels der Sensorschicht erreicht, welche in der sacklochartigen Ver tiefung angeordnet ist. Die Leitungsabschnitte können als Stanzgitter oder Drähte ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung und/oder einfache Anordnung in dem Bauteil, insbesondere in dem Spritzgusswerkzeug zum Herstellen des Bauteils. The contact points with the sensor layer provided by means of the two electrical line sections are preferably connected to one another in an electrically conductive manner. This creates an electrically conductive connection between the contact points achieved by or by means of the sensor layer, which is arranged in the blind hole-like recess. The line sections can be designed as stamped grids or wires. This enables inexpensive production and / or simple arrangement in the component, in particular in the injection molding tool for producing the component.
Gemäß einer Weiterbildung werden die Kontaktstellen in Längsrichtung der sack lochartigen Vertiefung voneinander beabstandet angeordnet. Insbesondere wird die sacklochartige Vertiefung mindestens soweit mit dem flüssigen Trägerwerkstoff mit den eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln ausgefüllt und/oder aufgefüllt, bis die Kontaktstellen den Trägerwerkstoff und/oder die eingebetteten, elektrisch leitfähi gen Partikel kontaktieren. Vorzugsweise ist eine erste Kontaktstelle benachbart zu einem Boden der sacklochartigen Vertiefung angeordnet. Eine zweite Kontaktstelle kann benachbart zu einer Öffnung der sacklochartigen Vertiefung angeordnet sein. Hierbei kann die erste Kontaktstelle einem ersten Leitungsabschnitt und die zweite Kontaktstelle einem zweiten Leitungsabschnitt zugeordnet sein. Für eine Verbesse rung der elektrischen Leitfähigkeit kann der Trägerwerkstoff selbst elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Insbesondere ist die Messung, Bestimmung und/oder Ermittlung der wirkenden Belastung unabhängig von der Menge des eingefüllten T rägerwerk- stoff zum Ausbilden der Sensorschicht, solange beide Kontaktstellen mittels der Sen sorschicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Inwieweit die Sensorschicht über die der Öffnung zugeordnete Kontaktstelle hinaus in Richtung der Öffnung reicht, ist dagegen für die Funktionsweise der Sensoreinrichtung irrelevant. According to a further development, the contact points are arranged at a distance from one another in the longitudinal direction of the pocket-like recess. In particular, the blind hole-like depression is filled and / or filled with the liquid carrier material with the embedded, electrically conductive particles at least until the contact points contact the carrier material and / or the embedded, electrically conductive particles. A first contact point is preferably arranged adjacent to a bottom of the blind hole-like recess. A second contact point can be arranged adjacent to an opening in the blind hole-like recess. Here, the first contact point can be assigned to a first line section and the second contact point to a second line section. To improve the electrical conductivity, the carrier material itself can be designed to be electrically conductive. In particular, the measurement, determination and / or determination of the acting load is independent of the amount of the filled carrier material for forming the sensor layer as long as both contact points are connected to one another in an electrically conductive manner by means of the sensor layer. The extent to which the sensor layer extends beyond the contact point assigned to the opening in the direction of the opening, on the other hand, is irrelevant for the functioning of the sensor device.
Nach einer Weiterbildung wird die Sensoreinrichtung mit einer Auswerteeinrichtung verbunden. Die Auswerteeinrichtung kann aus elektrischen Widerstandsmessungen an der Sensorschicht die momentane Belastung des Bauteils bestimmen und/oder ermitteln. Insbesondere kann mindestens eine auf das Bauteil wirkende Kraft und/oder Kraftkomponente bestimmt und/oder ermittelt werden. Beispielsweise kann eine Schub-, Druck- oder Zugbelastung des Bauteils ermittelt werden. Insbesondere kann eine auf das Bauteil einwirkende Zugkraft aus einer gemessenen, bestimmten und/oder ermittelten Dehnung der Sensorschicht ermittelt werden. Eine auf das Bau- teil einwirkende Druckkraft kann aus einer gemessenen, bestimmten und/oder ermit telten Stauchung der Sensorschicht ermittelt werden. According to a further development, the sensor device is connected to an evaluation device. The evaluation device can determine and / or determine the instantaneous load on the component from electrical resistance measurements on the sensor layer. In particular, at least one force and / or force component acting on the component can be determined and / or ascertained. For example, a shear, pressure or tensile load on the component can be determined. In particular, a tensile force acting on the component can be determined from a measured, determined and / or determined expansion of the sensor layer. One on the construction Partly acting compressive force can be determined from a measured, determined and / or determined compression of the sensor layer.
Vorzugsweise werden mehrere sacklochartige Vertiefungen zum Aufnehmen jeweils einer Sensorschicht in dem Bauteil angeordnet und/oder ausgebildet. Somit kann eine Sensoreinrichtung mit mehreren Sensorschichten realisiert werden. Die mehre ren sacklochartigen Vertiefungen und/oder mehreren Sensorschichten können in ge eigneter Weise zueinander in dem Bauteil angeordnet werden, so dass sich mittels der Auswerteeinrichtung unter Berücksichtigung der Messung an mehreren Sensor schichten die Belastung des Bauteils, insbesondere eine auf das Bauteil wirkende Kraft oder mehrere Kraftkomponenten, noch detaillierter bestimmen lässt. Beispiels weise kann eine auf das Bauteil einwirkende Biegekraft und/oder Torsion bestimmt werden. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung, insbesondere mittels mehrerer Sensorschichten, derart ausgebildet, um momentan an dem Bauteil eingreifende Kräfte ortsabhängig und/oder richtungsabhängig zu ermitteln. Preferably, a plurality of blind hole-like depressions for receiving one sensor layer each are arranged and / or formed in the component. A sensor device with several sensor layers can thus be implemented. The multiple ren blind hole-like depressions and / or multiple sensor layers can be arranged in a suitable manner in relation to one another in the component so that the load on the component, in particular one or more force acting on the component, is shifted by means of the evaluation device, taking into account the measurement on multiple sensor layers Force components, can be determined in more detail. For example, a bending force and / or torsion acting on the component can be determined. The sensor device is preferably designed, in particular by means of a plurality of sensor layers, in order to determine forces currently acting on the component in a location-dependent and / or direction-dependent manner.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird das Bauteil als ein Fahrwerksbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, ausgebildet. Beispielsweise kann das Bauteil als eine Kugelschale und/oder ein Gelenkgehäuse für ein Kugelgelenk reali siert sein. Ein derartiges Kugelgelenk kann beispielsweise ein Kugelhülsengelenk oder ein Kugelzapfengelenk sein. Somit kann die sacklochartige Vertiefung mit der Sensorschicht in der Kugelschale und/oder in dem Gelenkgehäuse angeordnet sein. Mittels einer derartigen Sensoreinrichtung können in dem Kugelgelenk wirkende Kräfte bestimmt werden. Insbesondere sind mehrere sacklochartige Vertiefungen mit jeweils einer Sensorschicht um eine Gelenkkugel verteilt in der Kugelschale und/oder in dem Gelenkgehäuse angeordnet. Hierdurch kann eine ortsabhängige und/oder richtungsabhängige Bestimmung der wirkenden Kraft und/oder Kraftkomponenten erreicht werden. Die mehreren sacklochartigen Vertiefungen und/oder Sensorschich ten können gleichmäßig um die Gelenkkugel herum verteilt in der Kugelschale und/oder in dem Gelenkgehäuse angeordnet sein. Insbesondere sind mindestens zwei oder mehrere sacklochartige Vertiefungen und/oder Sensorschichten quer oder rechtwinklig zueinander angeordnet. Dies kann eine ortsabhängige und/oder rieh- tungsabhängige Auflösung oder Bestimmung der wirkenden Kraft und/oder Kraft komponenten verbessern. According to a further embodiment, the component is designed as a chassis component for a vehicle, in particular a motor vehicle. For example, the component can be implemented as a ball socket and / or a joint housing for a ball joint. Such a ball joint can be, for example, a ball sleeve joint or a ball and socket joint. Thus, the blind hole-like recess with the sensor layer can be arranged in the ball socket and / or in the joint housing. Forces acting in the ball joint can be determined by means of such a sensor device. In particular, several blind hole-like depressions, each with a sensor layer, are distributed around a joint ball in the ball socket and / or in the joint housing. In this way, a location-dependent and / or direction-dependent determination of the acting force and / or force components can be achieved. The multiple blind hole-like depressions and / or sensor layers can be distributed evenly around the joint ball in the ball socket and / or in the joint housing. In particular, at least two or more blind hole-like depressions and / or sensor layers are arranged transversely or at right angles to one another. This can be a location-dependent and / or Improve function-dependent resolution or determination of the acting force and / or force components.
Von besonderem Vorteil ist ein Bauteil und/oder Fahrwerksbauteil, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, wobei in der mindestens einen sack lochartigen Vertiefung die Sensorschicht aufgenommen ist. Insbesondere bei einer Ausbildung des Bauteils als eine Kugelschale und/oder ein Gelenkgehäuse ist die Sensorschicht in der sacklochartigen Vertiefung vor äußeren Einflüssen und/oder einem erhöhten Verschleiß geschützt. A component and / or chassis component which is manufactured according to the method according to the invention is particularly advantageous, the sensor layer being received in the at least one sack-hole-like depression. In particular when the component is designed as a ball socket and / or a joint housing, the sensor layer in the blind hole-like recess is protected from external influences and / or increased wear.
Insbesondere handelt es sich bei dem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteil und/oder Fahrwerksbauteil um ein zuvor beschriebenes Bauteil und/oder Fahrwerksbauteil. Vorzugsweise ist das Verfahren gemäß allen im Zusam menhang mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Bauteil und/oder Fahr werksbauteil erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet. Ferner kann das hier be schriebene Bauteil und/oder Fahrwerksbauteil gemäß allen im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Ausgestaltungen weitergebildet sein. In particular, the component and / or chassis component produced according to the method according to the invention is a component and / or chassis component described above. The method is preferably developed in accordance with all of the configurations explained in connection with the component according to the invention and / or chassis component described here. Furthermore, the component and / or chassis component described here can be further developed in accordance with all the configurations explained in connection with the method.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the figures. Here, the same reference symbols relate to the same, similar or functionally identical components or elements. Show it:
Fig. 1 eine geschnittene schematische Seitenansicht eines erfindungsgemä ßen Bauteils, und 1 shows a sectional schematic side view of a component according to the invention, and
Fig. 2 eine geschnittene schematische Seitenansicht eines erfindungsgemä ßen Fahrwerksbauteils. Fig. 2 is a sectional schematic side view of a chassis component according to the invention Shen.
Figur 1 zeigt eine geschnittene schematische Seitenansicht eines erfindungsgemä ßen Bauteils 1. Das Bauteil 1 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Das Bauteil 1 weist eine Sensoreinrichtung 2 auf. Die Sensoreinrichtung 2 hat eine Sensorschicht 3. Die Sensorschicht 3 ist mittels eines Trägerwerkstoffs und darin eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln gebildet, die hier nicht näher dargestellt sind. Bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel sind die elektrisch leitfähigen Partikel als Kohlenstoffnanoröhrchen ausgebildet. FIG. 1 shows a sectional schematic side view of a component 1 according to the invention. The component 1 is made from a plastic. The component 1 has a sensor device 2. The sensor device 2 has a sensor layer 3. The sensor layer 3 is formed by means of a carrier material and electrically conductive particles embedded therein, which are not shown in detail here. With this execution For example, the electrically conductive particles are designed as carbon nanotubes.
Das Bauteil 1 weist eine sacklochartige Vertiefung 4 auf. Die sacklochartige Vertie fung 4 erstreckt sich schachtartig in das Bauteil 1 hinein. Die Sensorschicht 3 ist in nerhalb der sacklochartigen Vertiefung 4 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbei spiel ist die sacklochartige Vertiefung 4 nur teilweise mittels der Sensorschicht 3 ausgefüllt bzw. aufgefüllt. Alternativ kann die sacklochartige Vertiefung 4 auch voll ständig mittels der Sensorschicht 3 ausgefüllt bzw. aufgefüllt sein. The component 1 has a recess 4 similar to a blind hole. The blind hole-like recess 4 extends into the component 1 like a shaft. The sensor layer 3 is arranged within the blind hole-like recess 4. In this game Ausführungsbei the blind hole-like recess 4 is only partially filled or filled by means of the sensor layer 3. Alternatively, the blind hole-like depression 4 can also be completely filled or filled up by means of the sensor layer 3.
Die Sensoreinrichtung 2 weist zwei elektrische Leitungsabschnitte 5, 6 auf. Die bei den elektrischen Leitungsabschnitte 5, 6 sind im Wesentlichen in das Bauteil 1 ein gebettet. Hierbei stellen die elektrischen Leitungsabschnitte 5, 6 Kontaktstellen 7, 8 für die Sensorschicht 3 bereit. Hierzu sind die beiden Kontaktstellen 7, 8 elektrisch leitend mit der Sensorschicht 3 verbunden. Die elektrischen Leitungsabschnitte 5, 6 können als Stanzgitter ausgebildet sein. Eine erste Kontaktstelle 7 des, insbesondere ersten, elektrischen Leitungsabschnitts 5 ist benachbart zu einem Boden 9 der sack lochartigen Vertiefung 4 an einer Innenumfangsfläche 10 der sacklochartigen Vertie fung 4 angeordnet. Eine zweite Kontaktstelle 8 des, insbesondere zweiten, elektri schen Leitungsabschnitts 6 ist benachbart zu einer Öffnung 11 der sacklochartigen Vertiefung 4 an der Innenumfangsfläche 10 angeordnet. Die von den Kontaktstellen 7, 8 abgewandten Enden der elektrischen Leitungsabschnitte 5, 6 sind mit einer Auswerteeinrichtung 12 verbunden. The sensor device 2 has two electrical line sections 5, 6. The electrical line sections 5, 6 are essentially embedded in the component 1. Here, the electrical line sections 5, 6 provide contact points 7, 8 for the sensor layer 3. For this purpose, the two contact points 7, 8 are connected to the sensor layer 3 in an electrically conductive manner. The electrical line sections 5, 6 can be designed as a lead frame. A first contact point 7 of the, in particular the first, electrical line section 5 is arranged adjacent to a bottom 9 of the blind hole-like recess 4 on an inner circumferential surface 10 of the blind hole-like recess 4. A second contact point 8 of the, in particular the second, electrical line section 6 is arranged adjacent to an opening 11 of the blind hole-like recess 4 on the inner circumferential surface 10. The ends of the electrical line sections 5, 6 facing away from the contact points 7, 8 are connected to an evaluation device 12.
Zum Herstellen des Bauteils 1 mit der Sensoreinrichtung 2 werden zunächst die elektrischen Leitungsabschnitte 5, 6, beispielsweise in der Ausbildung als Stanzgitter, in einem hier nicht näher dargestellten Spritzgusswerkzeug angeordnet. Sodann wird das Bauteil 1 aus einem Kunststoff hergestellt. Hierbei werden zugleich die Leitungs abschnitte 5, 6 teilweise von dem Kunststoff des Bauteils 1 umgossen bzw. um spritzt. Beim Herstellen des Bauteils 1 kann zugleich die sacklochartige Vertiefung 4 realisiert werden. Alternativ kann die sacklochartige Vertiefung 4 nach dem Herstel len des Bauteils 1 mittels einer Bohrung hergestellt werden. Anschließend wird die sacklochartige Vertiefung 4 teilweise oder vollständig mit ei nem flüssigen Trägerwerkstoff mit den eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln ausgefüllt bzw. aufgefüllt. Hierbei ist wesentlich, dass so viel Trägerwerkstoff in die sacklochartige Vertiefung 4 eingefüllt wird, so dass der Trägerwerkstoff sowohl die Kontaktstelle 7 als auch die Kontaktstelle 8 der beiden elektrischen Leitungsabschnit te 5, 6 kontaktiert. Inwieweit die sacklochartige Vertiefung 4 darüberhinausgehend verfüllt ist, ist dagegen für die Funktion der Sensoreinrichtung 2 nicht relevant. To produce the component 1 with the sensor device 2, the electrical line sections 5, 6, for example in the form of a stamped grid, are first arranged in an injection molding tool not shown here. The component 1 is then produced from a plastic. At the same time, the line sections 5, 6 are partially encapsulated by the plastic of the component 1 or injected around. When manufacturing the component 1, the blind hole-like recess 4 can be realized at the same time. Alternatively, the blind hole-like recess 4 can be made after the manufacture of the component 1 by means of a bore. Subsequently, the blind hole-like recess 4 is partially or completely filled or filled with a liquid carrier material with the embedded, electrically conductive particles. It is essential here that enough carrier material is filled into the blind hole-like recess 4 so that the carrier material contacts both the contact point 7 and the contact point 8 of the two electrical line sections 5, 6. The extent to which the blind hole-like depression 4 is also filled is not relevant for the function of the sensor device 2.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der flüssige Trägerwerkstoff als ein Lack mit ein gebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln ausgebildet. Der Trägerwerkstoff kann un ter Wirkung von Schwerkraft und/oder einer Kapillarwirkung durch die Öffnung 1 1 in die sacklochartige Vertiefung 4 eingefüllt werden. Anschließend härtet der Träger werkstoff zum Ausbilden der Sensorschicht 3 aus und/oder wird aktiv ausgehärtet. In this exemplary embodiment, the liquid carrier material is designed as a lacquer with embedded, electrically conductive particles. The carrier material can be filled under the action of gravity and / or a capillary action through the opening 11 into the blind hole-like recess 4. The carrier material then hardens to form the sensor layer 3 and / or is actively hardened.
Schließlich werden die von den Kontaktstellen 7, 8 abgewandten Enden der Lei tungsabschnitte 5, 6 mit der Auswerteeinrichtung 12 verbunden. Aus elektrischen Widerstandsmessungen an der Sensorschicht 3 kann mittels der Auswerteeinrich tung 12 eine momentane Belastung und/oder Krafteinwirkung auf das Bauteil 1 ermit telt werden. Bei einer Belastung oder Krafteinwirkung, die gemäß Pfeil 13 angedeutet quer oder rechtwinklig zur Längserstreckung der Sensorschicht 3 bzw. der sackloch artigen Vertiefung 4 ausgerichtet ist, kommt es gemäß Pfeil 14 zu einer Dehnung oder Streckung der Sensorschicht 3. Hierdurch kommt es auch zu einer Dehnung oder Streckung der elektrisch leitfähigen Partikel, wodurch sich eine Veränderung des Widerstandes der Sensorschicht 3 ergibt. Bei einer abnehmenden Belastung, die beispielsweise entgegen dem Pfeil 13 von dem Bauteil 1 bzw. quer oder rechtwinklig zur Längserstreckung der Sensorschicht 3 von dieser weg gerichtet ist, zieht sich die Sensorschicht 3 wieder zusammen. Hierdurch verkürzen sich die elektrisch leitfähi gen Partikel in der Sensorschicht 3, welches wiederum eine Veränderung des elektri schen Widerstands der Sensorschicht 3 bewirkt. Finally, the ends of the line sections 5, 6 facing away from the contact points 7, 8 are connected to the evaluation device 12. From electrical resistance measurements on the sensor layer 3, an instantaneous load and / or force acting on the component 1 can be determined by means of the evaluation device 12. When a load or force is applied, which is indicated as indicated by arrow 13, transversely or at right angles to the longitudinal extension of the sensor layer 3 or the blind hole-like recess 4, the sensor layer 3 is stretched or stretched as indicated by arrow 14. This also leads to an expansion or stretching of the electrically conductive particles, which results in a change in the resistance of the sensor layer 3. In the event of a decreasing load, which is directed, for example, against the arrow 13 from the component 1 or transversely or at right angles to the longitudinal extension of the sensor layer 3 away from the latter, the sensor layer 3 contracts again. This shortens the electrically conductive particles in the sensor layer 3, which in turn causes a change in the electrical resistance of the sensor layer 3.
Figur 2 zeigt eine geschnittene schematische Seitenansicht eines erfindungsgemä ßen Fahrwerksbauteils 15. Das Bauteil 15 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als eine Kugelschale für ein Kugelgelenk 16 realisiert, das hier lediglich schematisch an- gedeutet ist. Das Kugelgelenk 16 weist eine Gelenkkugel 17 auf, die gelenkbeweg lich in der Kugelschale 15 aufgenommen bzw. gelagert ist. Figure 2 shows a sectional schematic side view of a chassis component 15 according to the invention. is interpreted. The ball joint 16 has a joint ball 17, the Lich joint movement in the ball socket 15 is received or stored.
Die Kugelschale 15 hat eine Sensoreinrichtung 2, die im Wesentlichen gemäß der Darstellung in Figur 1 ausgebildet ist. Insoweit wird auch auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. The spherical shell 15 has a sensor device 2, which is designed essentially as shown in FIG. In this respect, reference is also made to the preceding description.
Im Gebrauch des Kugelgelenks 16 wirken über die Gelenkkugel 17 unterschiedliche Belastungen und/oder Kräfte auf die Kugelschale 15. Hierbei bewirken die sich ver ändernden Belastungen und/oder Kräfte, die quer oder rechtwinklig zur Längserstre ckung der Sensorschicht 3 ausgerichtet sind, beispielsweise wie gemäß Pfeil 13 an gedeutet, eine Streckung oder ein Zusammenziehen der Sensorschicht 3, wie mit Pfeil 14 angedeutet. Die sich hierdurch ergebenden Widerstandsänderungen der Sensorschicht 3 werden gemessen, wobei mittels der Auswerteeinrichtung 12 die wirkenden Belastungen und/oder Kräfte ermittelt werden. When the ball joint 16 is in use, different loads and / or forces act on the ball socket 15 via the joint ball 17. Here, the changing loads and / or forces that are oriented transversely or at right angles to the longitudinal extension of the sensor layer 3, for example as shown in the arrow 13 indicated, an expansion or contraction of the sensor layer 3, as indicated by arrow 14. The resulting changes in resistance of the sensor layer 3 are measured, the acting loads and / or forces being determined by means of the evaluation device 12.
Die Kugelschale 15 kann mehrere sacklochartige Vertiefungen 4 aufweisen, die je weils eine Sensorschicht 3 haben. Die mehreren sacklochartigen Vertiefungen 4 bzw. Sensorschichten 3 können gleichmäßig verteilt um die Gelenkkugel 17 angeordnet sein. Hierbei können zwei oder mehrere der sacklochartigen Vertiefungen 4 oder Sensorschichten 3 hinsichtlich ihrer jeweiligen Längsausrichtung quer oder recht winklig zueinander ausgerichtet sein. Hierdurch ist eine verbesserte ortsabhängige und/oder richtungsabhängige Ermittlung der wirkenden Belastungen und/oder Kräfte erreichbar. The spherical shell 15 can have several blind hole-like depressions 4, each of which has a sensor layer 3. The plurality of blind hole-like depressions 4 or sensor layers 3 can be arranged in a uniformly distributed manner around the joint ball 17. Here, two or more of the blind hole-like depressions 4 or sensor layers 3 can be aligned transversely or at right angles to one another with regard to their respective longitudinal alignment. In this way, an improved location-dependent and / or direction-dependent determination of the loads and / or forces acting can be achieved.
Bezuqszeichen Bauteil Reference symbol component
Sensoreinrichtung Sensor device
Sensorschicht Sensor layer
sacklochartige Vertiefung blind hole-like depression
elektrischer Leitungsabschnitt electrical line section
elektrischer Leitungsabschnitt electrical line section
Kontaktstelle Contact point
Kontaktstelle Contact point
Boden ground
Innenumfangsfläche Inner peripheral surface
Öffnung opening
Auswerteeinrichtung Evaluation device
Pfeil arrow
Pfeil arrow
Fahrwerksbauteil / Kugelschale Chassis component / spherical shell
Kugelgelenk Ball joint
Gelenkkugel Joint ball

Claims

Patentansprüche Claims
1 . Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung (2) zum Messen einer momen tanen Belastung eines Bauteils (1 , 15), bei dem das Bauteil (1 , 15) aus einem Kunst stoff hergestellt wird, bei dem eine Sensorschicht (3) an dem Bauteil (1 , 15) ange ordnet wird, wobei die Sensorschicht (3) einen Trägerwerkstoff und darin eingebette te, elektrisch leitfähige Partikel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bau teil (1 , 15) mindestens eine sacklochartige Vertiefung (4) zum Aufnehmen der Sen sorschicht (3) ausgebildet wird. 1 . Method for producing a sensor device (2) for measuring a momentary load on a component (1, 15), in which the component (1, 15) is made of a plastic, in which a sensor layer (3) is attached to the component (1 , 15) is arranged, the sensor layer (3) having a carrier material and electrically conductive particles embedded therein, characterized in that in the construction part (1, 15) at least one blind hole-like recess (4) for receiving the sensor layer (3) is formed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die sacklochartige Vertiefung (4), insbesondere unter Wirkung von Schwerkraft und/oder einer Kapillar wirkung, mindestens teilweise mit dem als Flüssigkeit ausgebildeten Trägerwerkstoff mit den eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln ausgefüllt wird, insbesondere wird als flüssiger Trägerwerkstoff ein Lack verwendet. 2. The method according to claim 1, characterized in that the blind hole-like recess (4), in particular under the action of gravity and / or a capillary action, is at least partially filled with the carrier material formed as a liquid with the embedded, electrically conductive particles, in particular is a lacquer is used as the liquid carrier material.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwerkstoff mit den eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln nach dem mindestens teilwei sen Ausfüllen der sacklochartigen Vertiefung (4) aushärtet und/oder ausgehärtet wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the carrier material with the embedded, electrically conductive particles hardens and / or is hardened after at least partially filling the blind hole-like recess (4).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei elektrische Leitungsabschnitte (5, 6) zum Bereitstellen von Kontaktstellen (7, 8) für die Sensorschicht (3) in das Bauteil (1 , 15) eingebettet wer den, insbesondere werden die Leitungsabschnitte (5, 6) beim Herstellen des Bauteils (1 , 15) teilweise von dem Kunststoff des Bauteils (1 , 15) umgossen und/oder um spritzt. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least two electrical line sections (5, 6) for providing contact points (7, 8) for the sensor layer (3) are embedded in the component (1, 15), in particular the line sections (5, 6) are partially encapsulated and / or injected with the plastic of the component (1, 15) during the production of the component (1, 15).
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der zwei elektrischen Leitungsabschnitte (5, 6) bereitgestellten Kontaktstellen (7, 8) mit der Sensorschicht (3) elektrisch leitend miteinander verbunden werden, insbesonde re werden Stanzgitter oder Drähte als Leitungsabschnitte (5, 6) verwendet. 5. The method according to claim 3 and 4, characterized in that the means of the two electrical line sections (5, 6) provided contact points (7, 8) with the sensor layer (3) are electrically conductively connected to each other, in particular re are lead frame or wires as Line sections (5, 6) used.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstellen (7, 8) in Längsrichtung der sacklochartigen Vertiefung (4) voneinander beabstandet werden, insbesondere wird die sacklochartige Vertiefung (4) mindestens soweit mit dem flüssigen Trägerwerkstoff mit den eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln ausgefüllt, bis die Kontaktstellen (7, 8) den Trägerwerkstoff und/oder die eingebette ten, elektrisch leitfähigen Partikel kontaktieren. 6. The method according to claim 5, characterized in that the contact points (7, 8) in the longitudinal direction of the blind hole-like recess (4) are spaced from each other, in particular the blind hole-like recess (4) is at least as far with the liquid carrier material with the embedded, electrically conductive Particles filled until the contact points (7, 8) contact the carrier material and / or the embedded electrically conductive particles.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (2) mit einer Auswerteeinrichtung (12) verbunden wird, die aus elektrischen Widerstandsmessungen an der Sensorschicht (3) die momenta ne Belastung des Bauteils (1 , 15) bestimmt. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (2) is connected to an evaluation device (12) which determines the momentary load on the component (1, 15) from electrical resistance measurements on the sensor layer (3).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere sacklochartige Vertiefungen (4) zum Aufnehmen jeweils einer Sensor schicht (3) in dem Bauteil (1 , 15) angeordnet werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a plurality of blind hole-like depressions (4) for receiving a respective sensor layer (3) in the component (1, 15) are arranged.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 , 15) als ein Fahrwerksbauteil für ein Fahrzeug ausgebildet wird, insbesondere wird das Bauteil (1 , 15) als eine Kugelschale und/oder ein Gelenkge häuse für ein Kugelgelenk (16) realisiert. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the component (1, 15) is designed as a chassis component for a vehicle, in particular the component (1, 15) is designed as a ball socket and / or a joint housing for a ball joint (16) realized.
10. Bauteil und/oder Fahrwerksbauteil hergestellt gemäß einem Verfahren nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der mindestens einen sacklochartigen Vertiefung (4) die Sensorschicht (3) aufgenommen ist. 10. Component and / or chassis component produced according to a method according to egg nem of the preceding claims, wherein the sensor layer (3) is received in the at least one blind hole-like recess (4).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3809957A1 (en) * 1988-03-24 1989-10-05 Felten & Guilleaume Energie Fibre-optic sensor for compressive forces and its use
JP3613416B2 (en) * 1995-10-02 2005-01-26 中部電力株式会社 Conductive powder-containing molded body and load detection method
US6351205B1 (en) 1996-07-05 2002-02-26 Brad A. Armstrong Variable-conductance sensor
ITPV20030001A1 (en) 2003-01-31 2004-08-01 Ferdinando Auricchio SENSOR EQUIPPED WITH CARRIER CAPACITIES FOR STRUCTURAL MONITORING WITH REMOTE READING WITHOUT DIRECT CONNECTION.
DE102005030971B4 (en) * 2005-06-30 2016-01-21 Zf Friedrichshafen Ag Ball joint with sensor device, method for load measurement and method for wear measurement
DE102008037572A1 (en) * 2008-01-29 2009-08-06 Werner Turck Gmbh & Co. Kg force sensor
US8890649B2 (en) * 2009-11-24 2014-11-18 Tokai Rubber Industries, Ltd Bending sensor and deformed shape measurement method
CN102980926B (en) * 2012-11-28 2015-04-29 清华大学 Preparation method of flexible double-faced full-solid ion concentration detection sensor
DE102013222151A1 (en) * 2013-10-31 2015-04-30 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Device for measuring force in the rolling bearing by means of a sensor layer
DE102016202769B4 (en) * 2016-02-23 2022-09-15 Technische Universität Dresden Sensor for the integral or spatially resolved measurement of strains based on pre-damaged carbon fibers
DE102016204557A1 (en) * 2016-03-18 2017-09-21 Zf Friedrichshafen Ag Sensor device, measuring device, motor vehicle and method for detecting a current deformation of a component

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