本發(fā)明涉及一種用于車輛的機械的部件，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用。

背景技術：

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械的部件，其中，機械的部件在優(yōu)選的實施方式中被構造為擺動支座并且力傳感器被構造為彎曲彈性的變形元件，其在測量區(qū)域內與擺動支座形狀配合地連接。在此，變形元件用作在被構造為桿形的擺動支座中的機械負荷的放大器，在其中尤其出現(xiàn)拉應力和壓應力。由壓應力和拉應力產生的擺動支座的壓縮和伸展被傳遞到構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械變化伴隨著磁場的變化，這可測量并且可轉換為電信號。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)選地被構造為應變測量器并且設置在掛接鉤的表面上。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，充分利用機械的部件上的力測量的其它潛力。

本發(fā)明的目的通過獨立權利要求1和9的特征得以實現(xiàn)。有利的設計方案由從屬權利要求得出。

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)或碳納米微管構成的層。材料碳納米管(下面稱為cnt)本身已知：其為由碳構成的微觀上很小的管形的組織。根據(jù)本發(fā)明使用的cnt材料是導電的并且此外在機械負荷的情況下、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，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荷的部件的表面上。這具有如下優(yōu)點：感測元件直接位于部件的力流中，即，受負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，獲得準確的力測量。此外，有利的是，包含在適合的結合劑、優(yōu)選呈漆的形式的結合劑中的cnt材料可簡單地運用到部件上，優(yōu)選地通過涂覆。

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

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

根據(jù)另一優(yōu)選實施方式，導電的cnt層具有至少一個輸入接觸部和至少一個輸出接觸部。如已經提及的，通過測量由部件的機械負荷引起的cnt層的電阻變化，進行力測量。在接觸部之間，cnt層優(yōu)選特別地被恒定的電流流經，其中，在電阻變化時產生電壓變化，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行測量。

根據(jù)另一優(yōu)選實施方式，輸入接觸部和輸出接觸部通過電導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、特別是電壓信號轉換為代表所測量的部件負荷的信號。

根據(jù)另一優(yōu)選實施方式，cnt層被構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)選實施方式，機械的部件被構造為底盤的擺動支座，其中，構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)選地涂覆到構造為圓柱形或略微錐形的球形銷上。在后一情況中，產生如下優(yōu)點：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)更強的伸展或壓縮(變形)并且因此出現(xiàn)更強的信號，即可以更準確地測量。

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用。因此，得到改善的和簡化的用于測量在任意機械部件處的力測量的可行方案。

應理解的是，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地應用，而不會脫離本發(fā)明的范圍。同樣處于本發(fā)明范圍內的是，引起本發(fā)明的各個機械元件的功能的機械翻轉。

附圖說明

在附圖中示出了本發(fā)明的實施例并且在下文中對其做詳細描述，其中，從描述和/或附圖中可得到其他的特征和/或優(yōu)點。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中的細節(jié)(作為細節(jié)示出了圖1中的力傳感器)。

具體實施方式

圖1示出了簡化示出的構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動車輛的底盤的穩(wěn)定器鉸接地連接。為機械的部件的一種實施例的擺動支座1被加載以軸向力f軸向并且經由球鉸鏈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)域中產生彎曲應力，其由壓應力和拉應力組成。應測量到由拉應力和壓應力產生的變形、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)域中的彎曲應力的值明顯比在擺動支座1中的壓應力的值高得多，從而產生放大效應。

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通過電導體(沒有附圖標記)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)域形成電流流經的cnt層5的測量區(qū)域。在該區(qū)域中，由于彎曲應力出現(xiàn)相對強的伸展和壓縮，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結構9a、9b、9c的構造。如已知的，cnt材料由在納米范圍內的最精細的碳微管構成，如圖所示，碳微管六邊形地布置，即其形成蜂窩式的結構。cnt材料在機械負荷的情況下改變其導電性能。

圖3示出了圖1的細節(jié)，其用虛線的矩形框標記。細節(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造。相同的或類似的部件使用與在圖1中相同的附圖標記。首先絕緣層4、然后cnt層5涂覆到構造為圓柱形的部件(在實施例中為柄3b)上。絕緣層4用于使導電的cnt層5相對于導電的部件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，其與電導體6a、7a連接。電導體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)選地構造為將cnt組成部分結合的漆層，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，球形銷3的被夾緊的柄3b承受彎曲負荷，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，使得在電阻變化時出現(xiàn)電壓變化，該電壓變化被輸送給評估電子裝置8并且作為信號進行評價。通過電信號，基于機械定律可以計算出在擺動桿1中作用的軸向力。計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電導體

7輸出接觸部

7a電導體

8評估電子裝置

9acnt結構

9bcnt結構

9ccnt結構

x測量區(qū)域

f軸向軸向力