本發(fā)明涉及一種用于車輛的機(jī)械的部件，其包括具有表面的測量區(qū)域和分配給測量區(qū)域的力傳感器，所述力傳感器用于檢測加載部件的力。本發(fā)明還涉及特別的力傳感器的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在申請人的序號為102013213672.2的較早申請中公開了具有力傳感器的機(jī)械的部件，其中，機(jī)械的部件在優(yōu)選的實(shí)施方式中被構(gòu)造為擺動支座并且力傳感器被構(gòu)造為彎曲彈性的變形元件，其在測量區(qū)域內(nèi)與擺動支座形狀配合地連接。在此，變形元件用作在被構(gòu)造為桿形的擺動支座中的機(jī)械負(fù)荷的放大器，在其中尤其出現(xiàn)拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。由壓應(yīng)力和拉應(yīng)力產(chǎn)生的擺動支座的壓縮和伸展被傳遞到構(gòu)造為弧形的變形元件上。由磁性材料制造而成的變形元件的機(jī)械變化伴隨著磁場的變化，這可測量并且可轉(zhuǎn)換為電信號。變形元件的變形由適合的傳感器裝置、優(yōu)選地在執(zhí)行磁場測量的情況下進(jìn)行檢測。

通過de102011117519a1已知具有力傳感器的掛車掛接裝置，其中，力傳感器優(yōu)選地被構(gòu)造為應(yīng)變測量器并且設(shè)置在掛接鉤的表面上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，充分利用機(jī)械的部件上的力測量的其它潛力。

本發(fā)明的目的通過獨(dú)立權(quán)利要求1和9的特征得以實(shí)現(xiàn)。有利的設(shè)計(jì)方案由從屬權(quán)利要求得出。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面規(guī)定，力傳感器被構(gòu)造為施加到測量區(qū)域的表面上的、由碳納米管(cnt)或碳納米微管構(gòu)成的層。材料碳納米管(下面稱為cnt)本身已知：其為由碳構(gòu)成的微觀上很小的管形的組織。根據(jù)本發(fā)明使用的cnt材料是導(dǎo)電的并且此外在機(jī)械負(fù)荷的情況下、例如由力作用引起的伸展和壓縮的情況下其電阻改變。根據(jù)本發(fā)明，利用該效應(yīng)，以將cnt材料用作力傳感器的感測元件。在此，cnt材料作為層施加到受負(fù)荷的部件的表面上。這具有如下優(yōu)點(diǎn)：感測元件直接位于部件的力流中，即，受負(fù)荷的部件的伸展或壓縮直接被傳遞到附著在部件表面上的cnt層上。在此，獲得準(zhǔn)確的力測量。此外，有利的是，包含在適合的結(jié)合劑、優(yōu)選呈漆的形式的結(jié)合劑中的cnt材料可簡單地運(yùn)用到部件上，優(yōu)選地通過涂覆。

根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施方式，在cnt層和部件的表面之間布置絕緣層，其使導(dǎo)電的cnt層相對于導(dǎo)電的部件絕緣。也可以在施加絕緣層之后涂覆cnt層。

只要機(jī)械的部件由不能導(dǎo)電的材料制成，優(yōu)選地由塑料制成，絕緣層就是多余的。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方式，導(dǎo)電的cnt層具有至少一個輸入接觸部和至少一個輸出接觸部。如已經(jīng)提及的，通過測量由部件的機(jī)械負(fù)荷引起的cnt層的電阻變化，進(jìn)行力測量。在接觸部之間，cnt層優(yōu)選特別地被恒定的電流流經(jīng)，其中，在電阻變化時(shí)產(chǎn)生電壓變化，其作為信號可被測量且可被評估。替代地，即使在電流可變、不恒定的情況下也可進(jìn)行測量。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方式，輸入接觸部和輸出接觸部通過電導(dǎo)體與評估電子裝置和電流源連接。通過評估電子裝置，電信號、特別是電壓信號轉(zhuǎn)換為代表所測量的部件負(fù)荷的信號。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方式，cnt層被構(gòu)造為附著在表面上的漆層。cnt材料因此包含在漆中，其可以以簡單的方式涂覆到部件的測量區(qū)域上，并且在此處形成持久的有抵抗能力的層。

根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方式，機(jī)械的部件被構(gòu)造為底盤的擺動支座，其中，構(gòu)造為桿形的擺動支座優(yōu)選地通過球鉸鏈與球形銷連接。cnt層或漆層可以涂覆到擺動支座的表面上或優(yōu)選地涂覆到構(gòu)造為圓柱形或略微錐形的球形銷上。在后一情況中，產(chǎn)生如下優(yōu)點(diǎn)：在擺動支座中作用的軸向的拉力或壓力引起在球形銷中的彎曲應(yīng)力，且因此被放大。因此，在施加于球形銷上的cnt層中出現(xiàn)更強(qiáng)的伸展或壓縮(變形)并且因此出現(xiàn)更強(qiáng)的信號，即可以更準(zhǔn)確地測量。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，規(guī)定，cnt材料作為用于力傳感器的感測元件來應(yīng)用。因此，得到改善的和簡化的用于測量在任意機(jī)械部件處的力測量的可行方案。

應(yīng)理解的是，本發(fā)明的以上所述的特征不僅可以按照分別說明的組合，而且可以按照其他的組合或單獨(dú)地應(yīng)用，而不會脫離本發(fā)明的范圍。同樣處于本發(fā)明范圍內(nèi)的是，引起本發(fā)明的各個機(jī)械元件的功能的機(jī)械翻轉(zhuǎn)。

附圖說明

在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例并且在下文中對其做詳細(xì)描述，其中，從描述和/或附圖中可得到其他的特征和/或優(yōu)點(diǎn)。其中：

圖1示出了在擺動支座處具有cnt層的根據(jù)本發(fā)明的力傳感器，

圖2示出了cnt層的示意圖，以及

圖3示出了圖1中的細(xì)節(jié)(作為細(xì)節(jié)示出了圖1中的力傳感器)。

具體實(shí)施方式

圖1示出了簡化示出的構(gòu)造為桿形的擺動支座1，擺動支座利用其未示出的自由端部與用于機(jī)動車輛的底盤的穩(wěn)定器鉸接地連接。為機(jī)械的部件的一種實(shí)施例的擺動支座1被加載以軸向力f軸向并且經(jīng)由球鉸鏈2與球形銷3連接，其中，球形銷3具有球頭3a、柄3b和螺紋區(qū)段3c。通過螺紋區(qū)段3c，球形銷3以未示出的方式與另一底盤部件、例如彈性支柱固定連接。即，靜態(tài)地觀察，球形銷3在螺紋區(qū)段3c的區(qū)域中夾緊，而軸向力f軸向作用到球頭3a上并因此對柄3b施加彎曲力矩以及沿徑向作用于球鉸鏈的球體的力。因此，在柄3b的區(qū)域中產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，其由壓應(yīng)力和拉應(yīng)力組成。應(yīng)測量到由拉應(yīng)力和壓應(yīng)力產(chǎn)生的變形、即在柄3b的表面區(qū)域中一方面的伸展以及另一方面的壓縮。在柄3b區(qū)域中的彎曲應(yīng)力的值明顯比在擺動支座1中的壓應(yīng)力的值高得多，從而產(chǎn)生放大效應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明，在柄3b的表面上施加絕緣層4并且在絕緣層4上施加碳納米管層。碳納米管層(下文簡稱為cnt層)根據(jù)本發(fā)明用作力傳感器的感測元件或傳感元件，并且設(shè)有兩個電接觸部，輸入接觸部6和輸出接觸部7。接觸部6、7通過電導(dǎo)體(沒有附圖標(biāo)記)與評估電子裝置8連接，并且它們通過電連接部(沒有附圖標(biāo)記)與未示出的電源連接。在輸入接觸部6和輸出接觸部7之間的在球形銷3軸向方向上的距離用x表示，即，該區(qū)域形成電流流經(jīng)的cnt層5的測量區(qū)域。在該區(qū)域中，由于彎曲應(yīng)力出現(xiàn)相對強(qiáng)的伸展和壓縮，其直接傳遞到cnt層5上，這因而改變其電阻。

圖2在示意圖中示出了不同cnt結(jié)構(gòu)9a、9b、9c的構(gòu)造。如已知的，cnt材料由在納米范圍內(nèi)的最精細(xì)的碳微管構(gòu)成，如圖所示，碳微管六邊形地布置，即其形成蜂窩式的結(jié)構(gòu)。cnt材料在機(jī)械負(fù)荷的情況下改變其導(dǎo)電性能。

圖3示出了圖1的細(xì)節(jié)，其用虛線的矩形框標(biāo)記。細(xì)節(jié)示出了根據(jù)本發(fā)明的用于力傳感器的感測元件的構(gòu)造。相同的或類似的部件使用與在圖1中相同的附圖標(biāo)記。首先絕緣層4、然后cnt層5涂覆到構(gòu)造為圓柱形的部件(在實(shí)施例中為柄3b)上。絕緣層4用于使導(dǎo)電的cnt層5相對于導(dǎo)電的部件3b電絕緣。cnt層5在其軸向錯開布置的兩端處具有電接觸部6、7，其與電導(dǎo)體6a、7a連接。電導(dǎo)體6a、7a與在圖1中示出的評估電子裝置8連接。cnt層5可以優(yōu)選地構(gòu)造為將cnt組成部分結(jié)合的漆層，其能夠特別簡單地涂覆到部件3b上。

根據(jù)本發(fā)明的具有構(gòu)造為cnt層5的感測元件的力傳感器作用方式如下：在擺動桿1被加載軸向力f軸向時(shí)，球形銷3的被夾緊的柄3b承受彎曲負(fù)荷，使得在柄3b的區(qū)域x中出現(xiàn)放大的伸展(在拉纖維中)和壓縮(在壓纖維中)。這些變形直接被傳遞到與柄3b的表面固定連接的cnt層5上，使得cnt層5也經(jīng)受這些變形。這引起cnt層5的電阻變化。cnt層由于接觸部6、7優(yōu)選地被恒定電流流經(jīng)，使得在電阻變化時(shí)出現(xiàn)電壓變化，該電壓變化被輸送給評估電子裝置8并且作為信號進(jìn)行評價(jià)。通過電信號，基于機(jī)械定律可以計(jì)算出在擺動桿1中作用的軸向力。計(jì)算出的軸向力的量用作用于車輛主動擺動穩(wěn)定的初始參數(shù)。

附圖標(biāo)記

1擺動支座

2球鉸鏈

3球形銷

3a球頭

3b柄

3c螺紋區(qū)段

4絕緣層

5cnt層

6輸入接觸部

6a電導(dǎo)體

7輸出接觸部

7a電導(dǎo)體

8評估電子裝置

9acnt結(jié)構(gòu)

9bcnt結(jié)構(gòu)

9ccnt結(jié)構(gòu)

x測量區(qū)域

f軸向軸向力