WO2020193024A1

WO2020193024A1 - Verfahren zum herstellen einer sensoreinrichtung und bauteil und/oder fahrwerksbauteil mit einer solchen sensoreinrichtung

Info

Publication number: WO2020193024A1
Application number: PCT/EP2020/054569
Authority: WO
Inventors: Michael Klank; Thomas Koehne
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2020-10-01
Also published as: KR20210143728A; US20220178774A1; EP3948203A1; DE102019204178A1; CN113677973A; DE102019204178B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtung (2) zum Messen einer momentanen Belastung eines Bauteils (1, 15), bei dem das Bauteil (1, 15) aus einem Kunststoff hergestellt wird, bei dem eine Sensorschicht (3) an dem Bauteil (1, 15) angeordnet wird, wobei die Sensorschicht (3) einen Trägerwerkstoff und darin eingebettete, elektrisch leitfähige Partikel aufweist. Um Belastungen und/oder Kräfte in dem Bauteil (1, 15) besser und/oder zuverlässiger messen bzw. ermitteln zu können, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bauteil (1, 15) mindestens eine sacklochartige Vertiefung (4) zum Aufnehmen der Sensorschicht (3) ausgebildet wird.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Sensoreinrichtunq und Bauteil und/oder Fahrwerks bauteil mit einer solchen Sensoreinrichtunq

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

Fig. 1 eine geschnittene schematische Seitenansicht eines erfindungsgemä ßen Bauteils, und

Fig. 2 eine geschnittene schematische Seitenansicht eines erfindungsgemä ßen Fahrwerksbauteils.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Bezuqszeichen Bauteil

Sensoreinrichtung

Sensorschicht

sacklochartige Vertiefung

elektrischer Leitungsabschnitt

Kontaktstelle

Boden

Innenumfangsfläche

Öffnung

Auswerteeinrichtung

Pfeil

Fahrwerksbauteil / Kugelschale

Kugelgelenk

Gelenkkugel

Claims

Patentansprüche

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.