阅读说明：本技术 弹性支承元件 (Elastic support element ) 是由 诺贝特·加贝斯 托比亚斯·蒂罗勒 斯特凡·纳伯豪斯 于 2018-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种弹性支承元件(1),该弹性支承元件具有至少一个第一主体(11)、具有至少一个第二主体(12)、并且具有至少一个弹性体元件(10),该至少一个弹性体元件布置在该第一主体(11)与该第二主体(12)之间的力流的方向上,该弹性支承元件还具有至少一个传感器(2),该至少一个传感器被构造和布置成直接或间接地检测该第一主体(11)与该第二主体(12)之间的力流中的力。该弹性支承元件(1)的特征在于该传感器(2)包括至少一个弹性层(20)、至少一个第一电极(21)和至少一个第二电极(22),其中该弹性层(20)至少部分地布置在该第一电极(21)与该第二电极(22)之间,其中该传感器(2)布置在该第一主体(11)与该第二主体(12)之间的力流中,使得借助于该力,能够改变该两个电极(21,22)之间的距离,并且借助于这种方式,能够至少部分地检测到该力,其中该弹性层(20)包括橡胶混合物,该橡胶混合物包括作为唯一橡胶组分的至少一种硅酮橡胶、以及中空微球。(The invention relates to an elastic bearing element (1) having at least one first body (11), having at least one second body (12), and having at least one elastomer element (10) which is arranged in the direction of the force flow between the first body (11) and the second body (12), and having at least one sensor (2) which is constructed and arranged to directly or indirectly detect a force in the force flow between the first body (11) and the second body (12). The elastic bearing element (1) is characterized in that the sensor (2) comprises at least one elastic layer (20), at least one first electrode (21) and at least one second electrode (22), wherein the elastic layer (20) is arranged at least partially between the first electrode (21) and the second electrode (22), wherein the sensor (2) is arranged in a force flow between the first body (11) and the second body (12) such that by means of the force the distance between the two electrodes (21, 22) can be changed and by means of this the force can be detected at least partially, wherein the elastic layer (20) comprises a rubber mixture comprising at least one silicone rubber as the only rubber component and hollow microspheres.)

弹性支承元件

技术领域

本发明涉及一种如专利权利要求1所述的弹性支承元件。

背景技术

已知将负荷单元和力传感器结合用于测量弹性安装的位置处的力。这些传感器除了弹性安装之外，例如与待检测的力流并联或串联布置。这种类型的常规的商业上可获得的传感器基于SG(应变仪)传感器技术或基于压电传感器技术，在某些情况下具有集成放大器。通过举例方式，可以使用其上通过粘结有SG传感器元件的弯曲梁。替代性地，例如在空气弹簧的情况下，可以在空气弹簧内进行空气压力测量。

在此不利之处是在各自情况下需要必须集成的附加部件。这可能导致附加的成本，并且需要附加的结构空间。另外，可能附加地需要保护传感器免受外部影响。

另外，在使用SG传感器元件的情况下的不利之处是这些传感器元件只能检测单个空间方向上的应力或弯曲。如果出现了至少在不同空间方向上的力分量，则这可能导致错误的测量。借助于多个SG传感器元件来消除这个缺点会增加SG传感器元件本身以及用于评估和转换应力值的电子设备两者的复杂性和成本，并且因此同样使它们更加昂贵。

在空气弹簧中进行空气压力测量的情况下可能的不利之处是空气是可压缩的，并且因此所检测到的压力值可能低于实际施加的力。

在用流体进行压力测量的情况下不利之处通常是移除系统中存在的空气。在这种情况下，对系统进行排气通常被证明是困难的，特别是在空气必须尽可能完全从系统中移除的情况下。由于其可压缩性，系统中以不希望的方式存在的空气会降低测量的准确性。

发明内容

本发明的目的是能够使在引言中描述类型的弹性支承元件的位置处进行的力测量比迄今已知的更容易和/或更成本有效和/或更准确。特别地，目的是能够省却附加的部件，例如负荷单元。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述的特征的弹性支承元件来实现。在从属权利要求中说明了有利的改进。

因此，本发明涉及一种弹性支承元件，该弹性支承元件具有至少一个第一主体、具有至少一个第二主体、并具有至少一个弹性体元件，该至少一个弹性体元件布置在该第一主体与该第二主体之间的力流的方向上。弹性体元件以弹性方式实现，也就是说，它可以在力的作用下改变其形状，并且当移除作用力时可以恢复到其原始形状。优选地，该弹性体元件包括硫化橡胶混合物或者由硫化橡胶混合物形成。

该弹性支承元件还包括至少一个传感器，该至少一个传感器被构造和布置成直接或间接地检测该第一主体与该第二主体之间的力流中的力。为了直接检测力，传感器可以直接布置在力流中的两个主体之间。为了间接检测力，传感器可以布置在力流的外部，其中力可以例如通过布置在力流中的流体传递到传感器。这两个主体在各自情况下被构造成以固定的方式连接到另外的主体，使得力传递可以通过弹性体元件来实现，其中动态力传递可以通过弹性体元件的弹性特性而衰减。这两个主体优选地以刚性方式实现、特别是由金属制成。两个主体也可以称为止动元件。

弹性支承元件的特征在于该传感器包括至少一个弹性层、至少一个第一电极和至少一个第二电极，其中该弹性层至少部分地布置在该第一电极与该第二电极之间。该弹性层优选地包括弹性体材料或由弹性体材料形成。弹性层被实现为使得其是不导电的，即，电隔绝的或介电的，以便使两个电极彼此电隔绝。该弹性层的弹性体材料优选地包括硫化橡胶混合物或由硫化橡胶混合物形成，其中也可以使用例如聚氨酯。电极应被理解为是指电子导体，该电子导体与第二(反)电极相互影响，与位于两个电极之间的介质(比如此处的弹性层)相互作用。电极可以包括电导体或由电导体组成，例如金属或石墨。电极可以以平面或线性方式实现。借助于这种类型的传感器，可以例如电容性地检测两个电极之间的距离。

传感器被布置在该第一主体与该第二主体之间的力流中，使得借助于该力，可以改变两个电极之间的距离，并且借助于这种方式，可以至少部分地检测到该力。换句话说，该传感器被构造成通过两个电极之间的距离来推断两个主体之间的改变所述距离的力的强度。由于弹性体元件的弹性特性，两个电极之间的距离可以随着力增加而减小。同样地，随着力的减小，两个电极之间的距离可以再次增加返回到无载荷状态下的距离。

该弹性层包括橡胶混合物，该橡胶混合物包括作为唯一橡胶组分的至少一种硅酮橡胶、以及中空微球。在这种情况下，可以使用本领域技术人员已知的所有硅酮橡胶。优选地，可以使用还可能被称为聚(有机)硅氧烷的硅酮橡胶。后者具有可进行交联反应的基团，这主要但不排他地涉及在各自情况下可以位于链中或在链的端部处的氢原子、羟基和乙烯基。

可以使用冷交联硅酮橡胶(RTC＝室温交联)和热交联硅酮橡胶(HTC＝高温交联)两者。在RTC硅酮橡胶的情况下，可以区分单组分体系和双组分体系。硅酮橡胶也可以用作包含聚合物、填料和油的预混物，如市场上可获得的。

特别是为了设定粘度，橡胶混合物还可以附加地包括至少一种增塑剂。在这种情况下，可以使用本领域技术人员已知的并且与相应的硅酮橡胶相容的所有增塑剂。特别是硅油的使用在此被证明是有利的，因为这容易与硅酮橡胶相容。已经发现经过交联的硅油特别好地适合；它们参与橡胶混合物的交联，并且通常被称为可交联硅油。后者导致增塑剂的可能渗出进一步显著减少，例如迄今为止已能够在来自现有技术的隔绝管的情况下观察到的那样。

为了增加橡胶混合物的弹性或可压缩性，橡胶混合物具有孔结构。同时，橡胶混合物的隔热或隔音特性可以因此得到改善。所述孔结构通过使用混合到橡胶混合物中的中空微球来实施。中空微球(通常也简称为微球)是由玻璃、酚醛树脂、碳或热塑性材料制成的直径在μm范围内的中空球体(微球)。它们可呈可膨胀形式，在该形式中它们填充有发泡剂并在加热过程中膨胀；或者呈预膨胀形式，在该形式中膨胀已经结束。优选地，该橡胶混合物包含2phr至200phr的微球、特别优选是2phr至30phr、非常特别优选是2phr至15phr，已经膨胀的微球由热塑性材料构成，使得橡胶混合物在构建弹性层之前或交联之前已经具有孔结构。

除了由此导致的橡胶混合物的增加的弹性或压缩性之外，微球还提供了形成封闭孔结构的优点，这由于减少的孔中的对流而更适合于隔绝目的。膨胀微球的量越高，则较高比例的孔所引起的隔绝效果越好。然而，如果微球的量过高，则在制备或加工混合物时会出现加工工程问题。

替代性地，橡胶混合物可以包含10phr至200phr的由玻璃构成的微球。利用这种变型，可以获得具有较高稳定性连同较低弹性或可压缩性的橡胶混合物，然而，与由热塑性材料构成的微球相比，由玻璃构成的微球不能被压缩。这种减小的弹性或可压缩性(尽管这可能比在这种类型的已知传感器中的更大)可以根据应用被接受(如果合适的话)为有利于弹性层的更高的稳定性或寿命。

在这种情况下，本发明基于这样的认识，即借助于这种类型的传感器，由于传感器的弹性层的相对高的弹性或可压缩性，可以产生的传感器具有平均值以上的灵敏度并且该传感器可以产生对应精确的测量值。同时，这种类型的传感器可以以简单且稳健的方式集成到这种类型的弹性支承元件中。以这种方式，可以提供对这种类型的弹性支承元件的力流中的力的相对准确的测量，而这不需要使用可能需要保护的外部部件。同时，这种类型的传感器和这种类型的相应的弹性支承布置可以简单和/或成本有效地实施。而且，这种类型的传感器和这种类型的相应的弹性支承布置对于例如水、湿气、灰尘、泥浆、石头等环境影响可以是稳健的。

在这种情况下，传感器可以布置在弹性体元件内，或布置在弹性体元件与两个主体之一之间。结果，根据应用，可以形成使得能够尽可能有效且准确地检测相应力流的力的布置。

还有利的是，可以布置这种类型的传感器，用于直接检测两个主体之间的力流中的力。结果，可以省却例如借助于流体的力传递。

此外，有利的是，这种类型的传感器可以集成到弹性体元件中，或者早在所述弹性体元件硫化之前就布置在该弹性体元件处。这可以整体上简化弹性支承元件的生产，以便形成基于传感器的功能。

此外，有利的是，也可以随后通过将这种类型的传感器引入到现有的弹性支承元件中来形成这种类型的弹性支承元件。因此，根据本发明可实现的特性和优点可以被改进并且用于现有的适合于此的弹性支承元件中。

也可以使用这种类型的多个传感器，该多个传感器可以相同或不同地实现和布置。结果，可以彼此独立地检测多个位置处的测量值。可以对这些多个测量值进行评估，例如以达到标识弹性支承元件的倾斜和/或旋转、以及标识倾斜和/或旋转的程度的作用。

在这种情况下，传感器可以以所有可能的形式来实现和布置。通过举例方式，传感器可以以直线方式、以弯曲方式、以螺旋方式、以圆形方式(作为内圆和作为外圆)、以十字形方式、以三角形方式、以四边形方式等方式进行安装。结果，可以根据应用尽可能具有代表性地实现力的检测。

根据本发明的一个方面，该传感器以同轴方式实现，其中该第一电极至少部分地、优选地完全地被该弹性层圆柱形地包围，并且其中该弹性层至少部分地、优选地完全地被该第二电极圆柱形地包围。结果，传感器的元件可以紧凑地布置，以便获得这种类型的节省空间的传感器。此外，可以形成一种传感器，该传感器由于其旋转对称性而可以独立于其围绕作为旋转对称轴线的纵向轴线的取向使用，因为任何取向方面的径向距离变化都导致两个电极之间距离的相同改变。因此，总是可以独立于围绕纵向轴线的取向而检测到相同的距离变化。

根据本发明的另外的方面，该第一电极被实现为由固体材料构成的导电线或被实现为多股线，其中该线优选地包括铜、铝、银或金，或者由铜、铝、银或金组成。由固体材料构成的线可以以简单的方式来生产和加工。多股线可以比由固体材料构成的线具有更高的延展性，使得传感器可以承受力负荷更长时间，并且可以因此具有更长的使用寿命。材料铜、铝、银或金可以具有高导电性，其中需要根据应用而在导电性程度、材料成本与材料可能的另外的特性之间进行权衡。

根据本发明的另外的方面，该第二电极被实现为导电层，实现为膜或实现为编织物、针织物或织造织物，其中该层优选地包括铜、铝、银或金，或者由铜、铝、银或金组成。层的使用使得可以形成具有最大可能面积的第二电极，使得如果该层至少基本上以平面方式使用，则可以在相对应大的面积上检测力流。在第二电极的层以圆柱形形式使用的情况下，在传感器以同轴方式实现的情况下，第一电极可以被第二电极包围以便形成同轴布置。在任何情况下，层可以简单且成本有效地制成膜。如同在多股线作为第一电极的情况下，作为编织物、针织织物或织造织物的层的替代性构型可以产生比在膜的情况下更高的延展性。编织物被理解为是指通过编织而被形成为多股柔性材料规则交织的片状结构。织造织物被理解为是指由以直角或几乎以直角交叉的至少两个线系统构成的纺织片状结构。编织物和织造织物之间的区别在于，在编织过程中，线不以直角进给。针织物被理解为是指通过相互啮合产生的线系统。

根据本发明的另外的方面，该传感器还包括至少一个保护层，该至少一个保护层优选地直接布置在至少一个电极(优选是该第二电极)的面向该弹性体元件的那侧上。结果，电极可以在所述侧上受到保护。所述保护层可以用于在未安装状态下保护电极，但也可在安装好状态下提供对弹性体元件的保护。

根据本发明的另外的方面，该保护层以电隔绝方式实现。结果，电极可以在所述侧上被电隔绝，使得相对于背离保护层的那侧上的另外的电极，可以更好地执行电传感器功能。

根据本发明的另外的方面，该保护层以弹性方式实现，其中该保护层优选地包括硅酮、特别优选地由硅酮组成。以这种方式，可以以尽可能不受干扰的方式实现通过保护层的力传递，以便尽可能少地或根本不影响基于传感器的力检测(尽管使用了保护层的有利特性)。这可以通过使用硅酮简单地、稳健地和/或成本有效地实现。

根据本发明的另外的方面，至少一个电极(优选是该第二电极)与该弹性体元件直接接触，其中该电极优选地在面向该弹性体元件的那侧上至少部分地(优选是完全地)包括粘附促进剂，优选地还包括粘性弹性体混合物，从而在电极与弹性体元件之间产生粘附。结果，可以实现尽可能直接且因此不受干扰的力传递。粘附促进剂和任选的附加的粘性弹性体混合物的使用可以改善电极与弹性体元件之间的连接，使得也可以增加或确保直接力传递，这可以提高力测量的准确性。而且，结果是可以提高传感器的使用寿命。

根据本发明的另外的方面，该传感器以长形的方式实现，其中该传感器至少部分地在其长形范围的方向上相对于力流的方向至少基本横向地布置。长形传感器应理解成是指在一个方向上(即在其纵向方向上)比在另外两个笛卡尔空间方向(即横向方向和高度)上延伸显著更长的传感器。当在圆柱坐标中考虑时，该长形传感器在其纵向轴线的方向上比在径向方向上延伸显著更长。传感器的长形范围使得能够以基于传感器的方式检测弹性体元件内的最大可能区域，同时不会过多地中断由弹性体元件进行的力传递。在这种情况下，可以用尽可能短的传感器来将长形传感器相对于力流的方向至少基本上(优选准确地)横向布置变为可能。而且，可以相对应地直接检测垂直作用在传感器上的力流的力。

根据本发明的另外的方面，传感器至少部分地(优选完全地)以直线的方式延伸。这可以简化随后将这种类型的传感器引入弹性体元件中，因为作为盲孔或作为贯通开口的直线孔可以从外部引入以便容纳传感器。这可以在生产工程方面简单而快速地完成，例如，由于钻孔的直线性而借助于钻孔。此外，弹性体元件的尽可能远地延伸的区域可以通过具有尽可能短的传感器的直线延伸的传感器来检测，这可以使必要的成本最小化。

根据本发明的另外的方面，该传感器至少部分地(优选完全地)以环形方式延伸。结果，可以形成在其上该传感器可以检测力流的力的相对较大的区域。这可以提高检测的准确性。

根据本发明的另外的方面，该传感器以分开的方式实现，其中该第一电极以连续的方式实现，而该第二电极以间断的方式实现。结果，可以由一个传感器检测两个测量值，使得可以检测力分布，例如载荷更可能出现在左侧上还是右侧上。同时，各个力值可以用于以基于传感器的方式检测各个力、并用于计算由此产生的载荷方面的差异。总力可以通过两个单独的测量值的总和来确定。

根据本发明的另外的方面，该传感器被实现为使得两个电极之间的距离的改变与该第一主体与该第二主体之间的力流的力成比例。这可以根据应用通过选择电极的几何形状以及电极之间的距离来实现。距离或距离变化与力的比例关系应理解为是指线性关系，这可以相对应简单而直接地进行评估。

根据本发明的另外的方面，该传感器被实现为使得该两个电极之间的电容与该两个电极之间的距离成比例。电容与距离之间的线性关系可以相对应简单而直接地进行检测和评估。

根据本发明的另外的方面，该传感器的弹性层至少基本上具有与该弹性体元件相同的弹性。结果，传感器可以布置在力流中，其方式为可以尽可能具有代表性地检测力，因为弹性体元件和传感器的相同的弹性，相同的力也可以如同流过弹性体元件一样流过传感器。这可以提高检测到的传感器信号的质量，并且还简化评估。

附图说明

下面结合附图解释本发明的多个示例性实施例。在附图中：

图1示出了通过根据本发明的弹性支承元件的传感器的示意纵向截面；

图2示出了图1的示意截面；

图3示出了根据第一示例性实施例的根据本发明的弹性支承元件的透视图示；

图4示出了根据第二示例性实施例的根据本发明的弹性支承元件的透视图示；并且

图5示出了根据第三示例性实施例的根据本发明的弹性支承元件的透视图示。

具体实施方式

图1示出了通过根据本发明的弹性支承元件1的传感器2的示意纵向截面。图2示出了图1的示意截面。传感器2沿着其纵向轴线L以长形的方式延伸，径向方向R从该纵向轴线垂直地背离延伸。传感器2径向地在内侧上包括第一电极21，该第一电极也可以称为内电极21。圆柱形弹性层20绕第一电极21径向布置，所述弹性层在周向方向U上包围第一电极21。弹性层20在外部在周向方向U上由第二电极22径向包围。

两个电极21、22以导电的方式实现，并且在纵向轴线L的方向上从外部接触(未展示)。介于其间的层20以弹性和电隔绝的方式实现，使得例如可以检测两个电极21、22之间的电容。如果在这种情况下，力或压力从外部施加在第二电极22上，则两个电极21、22之间的径向距离此时减小。这可以通过电容方面的相对应的变化进行检测，并且可以分别被转换成力或压力值，使得传感器2也可以被称为力或压力传感器2。

在这种情况下，弹性层20包括橡胶混合物，该橡胶混合物包括作为唯一橡胶组分的至少一种硅酮橡胶、以及中空微球。结果，可以在两个电极21、22之间形成弹性的电隔绝层20，所述层附加地还具有良好的可压缩性，使得即使很小的力也可以以基于传感器的方式以相对高的准确性检测到。

任选地且如图1和图2所展示，第二电极22在周向方向U上被环形保护层23包围，以用于保护免受外部影响。保护层23由硅酮混合物以弹性和电隔绝的方式形成。保护层23也可以被省却。

图3示出了根据第一示例性实施例的根据本发明的弹性支承元件1的透视图示。在这种情况下，传感器2以集成到弹性支承元件1中的方式直线地且垂直于该弹性支承元件的主弹回偏转方向A布置。在这种情况下，弹性支承元件1包括呈橡胶弹簧10形式的弹性体元件10，该弹性体元件布置在作为下止动元件11的第一主体11与作为上止动元件12的第二主体12之间。在这种情况下，传感器2布置在弹性体元件10内，其方式为来自弹性体元件10的主弹回偏转方向A上的力流的力能以如上所述的基于传感器的方式检测到。

图4示出了根据第二示例性实施例的根据本发明的弹性支承元件1的透视图示。在这种情况下，传感器2以中断的方式实现，其中第一电极21以连续的方式实现。

图5示出了根据第三示例性实施例的根据本发明的弹性支承元件1的透视图示。在这种情况下，传感器2以环形方式布置，以便扩大基于传感器的有效面积。

附图标记说明

A 弹性支承元件1的主弹回偏转方向

L 纵向轴线

R 径向方向

U 周向方向

1 弹性支承元件

10 弹性体元件；橡胶弹簧

11 第一主体；下止动元件

12 第二主体；上止动元件

2 传感器；压力传感器；力传感器

20 弹性层；橡胶混合物

21 第一电极；内电极

22 第二电极；外电极

23 保护层