阅读说明：本技术 具有嵌入式传感器的机动车辆的部件 (Component of a motor vehicle with an embedded sensor ) 是由 F·克拉默 S·奎林 A·缇松塔 B·米勒 J·梅林 K·L·M·吉费尔 C·韦伯 于 2019-07-23 设计创作，主要内容包括：本申请题为“具有嵌入式传感器的机动车辆的部件”。提供一种用于机动车辆且尤其用于内燃发动机的部件,其包括多层材料结构和传感器,其中传感器被集成到材料结构中。此外,提供一种用于产生该部件的方法。(The present application is entitled "component of a motor vehicle with an embedded sensor". A component for a motor vehicle, in particular for an internal combustion engine, is provided, comprising a multilayer material structure and a sensor, wherein the sensor is integrated into the material structure. Furthermore, a method for producing the component is provided.)

具有嵌入式传感器的机动车辆的部件

技术领域

本发明涉及机动车辆的部件，其包括多层材料结构和集成在该材料结构中的传感器。

背景技术

机动车辆的部件经常经受高温，特别是在内燃发动机的区域。可以通过传感器来检测温度以监测内燃发动机的功能。然而，部件温度的正确测量是复杂的，因为必须确保部件和温度测量单元之间存在良好的接触。在大多数情况下，热电偶仅用于测量温度。为此目的，将合适的钻孔引入部件中，该钻孔容纳热电偶，并且具有实际测量单元的热电偶的尖端通向部件的待确定温度的位置。为了辅助热接触，热电偶另外与例如导热膏或导热油一起使用。然而，因此它不能确保实际上也充分地接触部件的壁。由于要引入的线性钻孔，通常不可能到达部件中经受最高热应变的位置。因此，目的在于改善热应变部件中的温度测量。

发明内容

该目的通过具有优选实施例的特征的部件来实现。本发明的其他有利实施例和设计由可选实施例、附图和示例性实施例产生。本发明的实施例有利地可彼此组合。

本发明的第一方面涉及一种机动车辆的部件，其包括多层材料结构和传感器，其中该传感器被集成在该材料结构中。

根据本发明的部件是有利的，因为它能够实现传感器的安全结构接触。此外，在测量位置的选择和测量位置的数量方面存在完全的自由。这有可能在极小的安装空间中布置多个测量点；因此可以有利地应用测量网格，这使得能够进行平面测量。此外，部件的形状和功能被完全保持，而不会受到钻孔的切口效应或横截面减弱的影响。

部件优选地通过增材方法生产。由不同材料制成的材料可以有利地使用该方法彼此结合。特别地，导电层因此可以通过合适的绝缘层彼此分离，由此使得向外部传输测量信号变得可能。因此，传感器优选与至少两个材料层结合。传感器特别优选地被集成到两个电绝缘层中。换句话说，传感器被布置在两个层之间并同时与它们结合。

传感器优选地被印刷在部件的壁中。由于传感器被直接集成到材料结构中，因此在测量单元和部件之间存在理想的接触。因此能够进行精确的测量，特别是温度的测量。因此，特别优选的是，该传感器是温度传感器。在根据本发明的部件中提供了用于正确温度测量的更安全的结构接触。

根据本发明的部件可以是机动车辆的任何部件，其不相对于其他部件移动。在这种情况下，本发明涉及可以增材生产的机动车辆的所有结构元件，尤其涉及温度测量存在问题的那些结构元件。根据本发明的部件优选是内燃发动机的部件。这是有利的，因为内燃发动机的零件自然地经受高热应变。该部件特别优选是汽缸盖。汽缸盖经受高温并且同时具有区域，其中的一些区域是高度热应变的并且通常是不可接近的。

本发明的第二方面涉及一种机动车辆，其具有根据本发明的部件。

本发明的第三方面涉及一种用于生产根据本发明的部件的方法，其包括以下步骤：

-提供构造平台，

-将层粉末材料施加于构造平台，

-通过高能束的作用熔化粉末材料，

-降低构造平台，

其中施加该层和熔化粉末材料的步骤以及降低构造平台的步骤以完成该部件所需的数量重复，并且

其中被下一层覆盖的传感器布置在特定层上。

根据本发明的方法的优点对应于根据本发明的部件的优点。增材生产方法特别适合用于生产根据本发明的部件，因为在这种情况下传感器可以被压印在部件的任何任意位置处。很明显，在重复步骤中，粉末材料不再被直接施加于构造平台上，而是施加于要生产的部件的现有结构上。

所描述的方法对应于例如选择性激光熔化。替代技术是选择性激光烧结和激光堆焊。高能束特别是由激光辐射器生成的激光束或由相应的辐射器生成的电子束。也可以使用多个辐射器。

附图说明

将基于附图更详细地解释本发明。在附图中：

图1示出了具有带有传感器的内燃发动机的汽缸盖的汽缸的横截面。

图2示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

具有汽缸2和汽缸盖3的内燃发动机1的一个实施例在图1中示出，其中根据本发明在汽缸盖3中布置第一温度传感器4和第二温度传感器5。

汽缸2包括由汽缸壁6包围的燃烧室7，其中活塞8从下止点移动到上止点，反之亦然。活塞8通过连接杆9连接到曲轴10，通过该曲轴10，活塞8的线性运动被转换成旋转运动。汽缸2通常具有冷却单元(未示出)。内燃发动机1通常具有多个汽缸2。

汽缸盖3在顶部终止汽缸2。汽缸盖3具有用于燃料或燃料-空气混合物的入口气道11，该燃料或燃料-空气混合物被引导到燃烧室中。入口气道11由入口气门12打开和关闭。入口气门12的相应位置由入口凸轮轴13实现。

汽缸盖3具有出口气道14，在燃料燃烧期间形成的排气通过该出口气道从燃烧室逸出。出口气道14由出口气门15打开和关闭。出口气门15的相应位置由出口凸轮轴16实现。

汽缸盖密封件17被布置在汽缸盖和汽缸2之间。此外，火花塞18被布置在汽缸盖中，其中所示的内燃发动机1是外部点火内燃发动机。可替代地，如果内燃发动机2是自燃式内燃发动机，则可以布置喷射喷嘴。汽缸盖3可以具有用于润滑的油管和/或用于冷却汽缸盖的冷却剂管道。汽缸盖3首先具有轻金属合金作为材料。

汽缸盖3的材料经受高热应变。两个温度传感器4、5嵌入汽缸盖3中用以测量温度。第一温度传感器4布置在汽缸盖3的面向燃烧室7的表面上。嵌入汽缸盖3的材料中的线41从第一温度传感器4通向汽缸盖3之外的控制单元(未示出)。第二温度传感器5直接嵌入汽缸盖3的材料中，因此它可以记录材料中的温度。也嵌入汽缸盖3的材料中的线51从第二温度传感器5通向汽缸盖3之外的所述控制单元。当然，比所述两个温度传感器4、5更大的数量可以布置在汽缸盖3的区域中。

嵌入在汽缸盖3的材料中分别从温度传感器4和5到控制单元的线41和51布置在两个绝缘材料层之间的汽缸盖3内。绝缘材料层不同于构成大部分汽缸盖3的材料。

在根据本发明的用于生产汽缸盖3的方法中，在第一步骤S1中提供构造平台。构造平台位于构造室中，其中还提供用于施加粉末材料的单元、用于分配粉末材料的单元和用于熔化粉末材料的单元。在构造室中提供氮气或稀有气体气氛以避免材料中的空气夹杂物。

在第二步骤S2中，将粉末材料层施加到构造平台并分布，该粉末材料层将至少部分地构成待制造的汽缸盖3。当然，在这种情况下，只有第一层粉末材料被直接施加于构造平台。在重复步骤S2期间，将另外的片层施加到已经提供的层上并分布。

在第三步骤S3中，通过激光束的作用在要产生期望结构的位置处熔化粉末材料。在这种情况下，新添加的材料与位于下方的材料熔合。在这种情况下，激光是受计算机控制的，以根据汽缸盖3的预定形状仅在特定位置处熔化所施加的材料。

在第四步骤S4中，降低构造平台。重复步骤S2至S4，直到部件3完成。

在特定位置处，在步骤S3中，施加由粉末状电绝缘材料制成的第一层，而不是金属材料(设想主要由其构成汽缸盖3)。然后该材料也被熔化。从传感器到待生产的汽缸盖3外部的控制单元的热传感器4、5和相应的线41和51分别被布置在该第一绝缘层上。如针对第一层所描述，将由电绝缘材料制成的第二层施加到第一层和传感器上。然后再将粉末材料(设想主要由其构成汽缸盖3)施加到该层上。

在方法的可替代实施例中，粉末材料也可以有意地施加到要产生结构的位置，而不需要在大面积上分布材料。为此目的，可以在构造室中提供相应的单元。

附图标记列表

1 内燃发动机

2 汽缸

3 汽缸盖

4 第一温度传感器

41 来自第一温度传感器的线

5 第二温度传感器

51 来自第二温度传感器的线

6 汽缸壁

7 燃烧室

8 活塞

9 连接杆

10 曲轴

11 入口气道

12 入口气门

13 入口凸轮轴

14 出口气道

15 出口气门

16 出口凸轮轴

17 汽缸盖密封件

18 火花塞