应变仪布置结构制造技术

本发明专利技术说明了一种用于在机器元件(2)，尤其是轴承圈(3)或轴(17)的表面上建立应变仪布置结构(14)的方法，其中，在表面上施加有对变形敏感的测量层(6)和位于该测量层上方的保护层(8)。借助激光处理来局部清除保护层(8)，并且使暴露出的测量层(6)被电接触。此外还说明了一种具有根据该方法建立的应变仪布置结构(14)的机器元件(2)，尤其是轴承圈(3)或轴(17)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】应变仪布置结构
本专利技术涉及一种用于在机器元件的表面上建立应变仪布置结构的方法，以及一种具有根据这种方法建立的应变仪布置结构的机器元件。
技术介绍
为了获知机器元件的应力，经常对构件的变形进行测量。在此，通常采用检测机器元件的表面上的变形的应变仪布置结构。 应变仪布置结构在这里一般可以检测正的应变(伸长)以及负的应变(缩短)。为此，在通常情况下将测量应变条带布置材料锁合(stoffschliissig)地施加到机器元件的表面的待测量的部位上。当机器元件在该部位处变形时，应变仪布置结构同样相应变形。通过该变形使应变仪布置结构的参数，例如电阻发生变化。为了测量而检测该参数。应变仪布置结构经常尤其由金属的或陶瓷的材料组成或者由半导体材料组成。 在典型的应变仪布置结构中，将金属膜施加到合成材料载体上，并且配设有电接口。为了达到足够大的电阻，曲折地蚀刻出导体条(Leiterbahn)。第二合成材料膜在上侧与合成材料载体牢固地粘接，以便保护电阻材料免受从外部损坏。 应变仪布置结构通常也可以用薄层技术，例如通过气相扩散渗镀(Aufdampfen)或者溅射喷镀(Sputtern)直接施加到机器元件的待测量的表面上。在此，尤其是全面地施加测量层，并且通过激光材料处理或者通过光刻法相应地结构化。通常还将保护测量层免受外部影响的保护层全面地施加到该测量层上。 然而，在此问题是，由于保护层是全面地涂布的，使得测量层的接触部位也被该保护层所覆盖。全面的涂层阻止测量层的接触部位与相应的用于检测和评估参数变化，例如电阻变化的评估单元接触，并且通常通过光刻工艺地利用耗费的掩膜法和蚀刻技术来局部清除。
技术实现思路
本专利技术的第一任务是，说明一种用于在机器元件，尤其是轴承圈或轴的表面上建立应变仪布置结构的、能够简单且廉价地执行的方法。 第二任务是，提供一种具有应变仪布置结构的、在制造中是简单且廉价的机器元件，尤其是轴承圈或轴。 第一任务根据本专利技术通过权利要求1的特征来解决。本专利技术有利的实施方式和改进方案在随后的描述的从属权利要求中阐明。 在根据本专利技术的、用于在机器元件，尤其是轴承圈或轴的表面上建立应变仪布置结构的方法中，在表面上施加有对变形敏感的测量层和位于该测量层上方的保护层。保护层借助激光处理被局部清除，并且使空置的传感层电接触。 本专利技术在此考虑问题的出发点在于，也能够设计出可实现尽可能经济的制造的建立方法。这就更加适用于批量生产的领域，在该领域中，对单个的制造步骤的简化已经可以导致整体上较大的时间和成本的节约。本专利技术考虑问题的进一步出发点在于，在机器元件的表面，尤其是不平的表面上建立应变仪布置结构时更经济的是，首先将保护层全面地涂布到测量层上，并且随后才有目的地将保护层局部清除。因此，本专利技术设置了，首先全面地涂布保护层，并且在后面的制造步骤中借助精密且简单的激光处理在需要的区域中对保护层进行局部清除。由此，本专利技术使自动化的和经济的制造链成为可能。 机器元件尤其可以是轴或滚动轴承的轴承圈。在这里要考虑到标准构造型式，例如调心球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承以及特别构造型式，例如车轮轴承。在此，轴承圈可以是相应的滚动轴承的一件式地或分开地实施的外圈，也可以是一件式地或分开地实施的内圈。轴可以是空心轴，也可以是实心轴。 应变仪布置结构原则上可以安装在机器元件的表面的每个部位上。在轴承圈中，应变仪布置结构可以施加在径向上外部的周侧面的部位上，以及施加在端侧的表面区域上。相应地还适用于施加在轴上。在此，可以将仅一个应变仪布置结构安装到机器元件的相应的部位上。但也可以将多个应变仪布置结构施加在机器元件的表面上，其中，这些应变仪布置结构尤其可以施加在表面的不同部位上。 对变形敏感的测量层尤其是由金属的材料或半导体材料组成。尤其地，测量层可以由镍合金或氮氧化钛组成。测量层具有至少一个接触部位，其用于将测量层例如与相应的用于检测和评估电阻变化的评估单元电接触。 在运行中，测量层根据机器元件的变形而变形，也就是说，机器元件的变形“传递”至测量层。测量层在此根据变形情况而发生正(伸长)或负(缩短)地应变。由于测量层的变形，使得测量层的电阻与未变形的测量层相比有所改变。该相对的电阻变化尤其归因于两个原因:一方面是测量层的几何形状的变化。在发生应变时，测量层的长度和横截面积有所改变。这尤其是在由金属的材料组成的测量层中特别地显现出来，并且在这里基本上对相对的电阻变化负责。另一方面，相对的电阻变化归因于压阻(piezoresistiv)效应。该效应尤其是在由半导体材料组成的测量层中特别地显现出来，相反地，在这里，几何形状变化的影响基本上可忽略。在此，由于晶格和进而带结构的变形，使得导体带(Leitungsband)中的电子的数目有所改变，进而使得材料的导电性有所改变。通过在半导体中非常强烈地显现出来的压阻效应，使得半导体的应变敏感性整体上大于金属的应变敏感性。 保护层基本上用于保护测量层免受污染、腐蚀和机械损坏，以及防止测量层与能导电的材料有不期望的接触。 在将应变仪布置结构安装到材料元件的表面上的情况下，首先，将测量层和在其上方的保护层分别尤其以纳米级至微米级的厚度来施加。在进一步制造步骤中，保护层通过激光处理来局部清除。在这里，尤其是在至少一个接触部位的区域中清除掉保护层。通过激光处理的清除例如借助激光烧蚀来执行。在这里用到的激光辐射导致了材料的加热和蒸发。位于待清除的保护层下面的测量层通过激光处理没有受到损坏。随后，测量层经由以如此方式空置出的至少一个接触部位被电接触。 所示出的方法的优点在于，用于在机器元件的表面上的应变仪布置结构的制造方法是简单且廉价的。首先将保护层全面地施加到测量层上，随后才局部清除掉保护层。因此，在施加保护层时不必设置特殊的且部分非常耗费的和昂贵的、能够将保护涂层仅局部地施加到测量层上的方法或设备。全面的保护涂层此外还减少在电接触之前，至少一个接触部位被污染物所占据的可能性，这是因为接触部位在接触之前才被空置出来。此外，借助激光处理来局部清除保护层能够实现简单且精确地空置出至少一个接触部位，而不用在这里损坏测量层或周围的保护层。此外，这类激光处理可以集成到自动的制造链中。 在对方法进行适宜地执行的情况下，在机器元件的表面与测量层之间施加绝缘层。首先在此优选地，绝缘层尤其是以纳米级至微米级的厚度施加在机器元件的表面上，并且随后在绝缘层上方施加测量层以及保护层。绝缘层尤其用于使测量层相对于机器元件的导电表面电绝缘。此外，绝缘层也可以用于保护测量层。绝缘层例如由氧化铝、氧化硅、氮化硅或这些材料的组合组成。 测量层在施加保护层之前被适宜地结构化。在此，结构化的类型尤其是匹配于相应的要求，并且例如依赖于测量层的材料、机器元件的变形的期望的类型和强度，以及机器元件的表面上的提供给待测量的部位的空间。尤其地，测量层被曲折地结构化。由此，可以在尽可能小的空间需求的情况下达到足够高的电阻，进而达到高的敏感性。 测量层的结构化例如通过光刻法来产生。在此，光掩膜的图形基本上尤其借助光照地传递到对光敏感的光刻胶上。随后，光刻胶的被光照的部位溶解(替选地也能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在机器元件(2)，尤其是轴承圈(3)或轴(17)的表面上建立应变仪布置结构(14)的方法，其中，在所述表面上施加有对变形敏感的测量层(6)和位于所述测量层上方的保护层(8)，其中，借助激光处理来局部清除所述保护层(8)，并且其中，使暴露出的所述测量层(6)被电接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.22 DE 102012208492.41.一种用于在机器元件(2)，尤其是轴承圈(3)或轴(17)的表面上建立应变仪布置结构(14)的方法，其中，在所述表面上施加有对变形敏感的测量层(6)和位于所述测量层上方的保护层(8)，其中，借助激光处理来局部清除所述保护层(8)，并且其中，使暴露出的所述测量层(6)被电接触。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述机器元件(2)的表面与所述测量层(6)之间施加有绝缘层(4)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述测量层(6)在施加所述保护层(8)之前结构化。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，结构化所述测量层(6)，并且其中，在一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：于尔根·吉尔，延斯·海姆，雅各布·席林格，
申请(专利权)人：舍弗勒技术有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE