DE102020109199A1 - Method for structure-borne noise measurement of a component and system for structure-borne noise measurement of a component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Körperschallmessung eines Bauteils (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (30) ein Dünnschichtsystem (20) aufweist, wobei das Dünnschichtsystem (20) eine dehnungsempfindliche Widerstandsschicht (21) umfasst, wobei mithilfe des Dünnschichtsystems (20) eine Körperschallmessung für das Bauteil (30) durchgeführt wird.The invention relates to a method for measuring structure-borne noise of a component (30), characterized in that the component (30) has a thin-film system (20), the thin-film system (20) comprising a strain-sensitive resistance layer (21), with the aid of the thin-film system (20) a structure-borne noise measurement is carried out for the component (30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Körperschallmessung eines Bauteils. Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Körperschallmessung eines Bauteils.The invention relates to a method for measuring structure-borne noise of a component. The invention also relates to a system for measuring structure-borne noise of a component.

In einer Vielzahl von Maschinen und Anlagen kann eine Aussage über kritische Betriebszustände aus dem im Betrieb auftretenden Körperschall gewonnen werden.
Um die Betriebssicherheit bzw. die Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen zu erhöhen, gewinnt die Erfassung und Auswertung von Körperschallsignalen daher zunehmend an Bedeutung.In a large number of machines and systems, information about critical operating conditions can be obtained from the structure-borne noise that occurs during operation.
In order to increase the operational safety and availability of machines and systems, the acquisition and evaluation of structure-borne noise signals is therefore becoming increasingly important.

Die Erfassung von Körperschallsignalen erfolgt typischerweise mit Beschleunigungsaufnehmern. Diese sind als Feder-Masse System, beispielsweise auf Basis des piezoelektrischen Effekts aus einem Quarz und einer seismischen Masse, aufgebaut. Derartige Aufnehmer sind vergleichsweise groß und verbrauchen entsprechenden Bauraum. Ferner besitzen sie häufig Massen von mehreren Gramm.The acquisition of structure-borne noise signals is typically done with acceleration sensors. These are constructed as a spring-mass system, for example based on the piezoelectric effect of a quartz and a seismic mass. Such sensors are comparatively large and require a corresponding amount of installation space. Furthermore, they often have masses of several grams.

Durch die Größe und das Gewicht solcher Beschleunigungsaufnehmer ist ihre Verwendung in der Praxis oft mit Nachteilen verbunden. Bei vielen Bauteilen wird heute daher keine Körperschallsensorik eingesetzt, da der Bauraum für einen solchen Sensor nicht vorhanden ist oder die durch den Sensor eingebrachte zusätzliche Masse störend wirken würde.Due to the size and weight of such accelerometers, their use in practice is often associated with disadvantages. For many components, structure-borne sound sensors are therefore not used today because there is no installation space for such a sensor or the additional mass introduced by the sensor would have a disruptive effect.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie ein System zur Körperschallmessung eines Bauteils bereitzustellen, welche eine vielseitige Körperschallmessung ermöglichen, insbesondere derart, dass Störeinflüsse der Messung auf das Bauteil begrenzt werden und dass eine Körperschallmessung auch in Umgebungen möglich wird, bei denen der vorhandene Bauraum stark begrenzt ist.It is an object of the present invention to provide a method and a system for the structure-borne noise measurement of a component, which enable a versatile structure-borne noise measurement, in particular in such a way that interfering influences of the measurement on the component are limited and that structure-borne noise measurement is also possible in environments in which the existing Space is very limited.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Körperschallmessung eines Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Dünnschichtsystem aufweist, wobei das Dünnschichtsystem eine dehnungsempfindliche Widerstandsschicht umfasst, wobei mithilfe des Dünnschichtsystems eine Körperschallmessung für das Bauteil durchgeführt wird.The object is achieved according to the invention by a method for structure-borne noise measurement of a component, characterized in that the component has a thin-film system, the thin-film system comprising a strain-sensitive resistance layer, with the thin-film system being used to carry out a structure-borne noise measurement for the component.

Es kann somit eine Körperschallmessung realisiert werden, die ohne die typischerweise hierfür verwendeten Beschleunigungsaufnehmer (beispielsweise auf Basis des piezoelektrischen Effekts) auskommt. Mithilfe des erfindungsgemäßen Dünnschichtsystems kann daher vorteilhafterweise auf eine seismische Masse bei der Körperschallmessung verzichtet werden. Hierdurch lassen sich Bauraum und Gewicht sparen. Erfindungsgemäß wird somit eine Körperschallmessung an einer Vielzahl von Bauteilen möglich, bei denen aus Platzgründen ein bekannter Beschleunigungsaufnehmer nicht verwendet werden könnte. Ferner können erfindungsgemäß negative Störeinflüsse, die durch das Sensorgewicht auf das Bauteil wirken können, reduziert werden, da eine besonders leichte Messvorrichtung ermöglicht wird. Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, Temperaturabweichungen und Alterungseffekte, die die Funktion einer Köperschallmessung negativ beeinträchtigen können, durch die Verwendung eines Dünnschichtsystems zu minimieren.A structure-borne noise measurement can thus be implemented that does not require the accelerometers typically used for this purpose (for example based on the piezoelectric effect). With the aid of the thin-film system according to the invention, it is therefore advantageously possible to dispense with a seismic mass in the structure-borne sound measurement. This saves space and weight. According to the invention, structure-borne noise measurement is thus possible on a large number of components in which a known accelerometer could not be used for reasons of space. Furthermore, according to the invention, negative interfering influences which can act on the component due to the sensor weight can be reduced, since a particularly light measuring device is made possible. According to the invention, it is also possible to minimize temperature deviations and aging effects, which can negatively affect the function of a structure-borne sound measurement, by using a thin-film system.

Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass das Dünnschichtsystem zur Ausgabe eines Messsignals ausgebildet ist. Insbesondere wird das Messignal mithilfe der dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht erzeugt und ausgegeben. Die dehnungsempfindliche Widerstandsschicht ist hierfür derart ausgebildet, dass der elektrische Widerstand der dehnungsempfindliche Widerstandsschicht sich in Abhängigkeit der aktuellen Dehnung und/oder Stauchung der Widerstandsschicht ändert. Die dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht umfasst hierfür insbesondere ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ein Metall, und fungiert insbesondere als Sensor, der seinen Widerstand aufgrund der mechanischen Dehnungen bzw. Stauchungen ändert. Mithilfe der dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht können somit lokale Dehnungen und Stauchungen in eine elektrische Widerstandsänderung umgewandelt werden.According to the invention, it is conceivable that the thin-film system is designed to output a measurement signal. In particular, the measurement signal is generated and output with the aid of the strain-sensitive resistance layer. For this purpose, the expansion-sensitive resistance layer is designed in such a way that the electrical resistance of the expansion-sensitive resistance layer changes as a function of the current expansion and / or compression of the resistance layer. For this purpose, the expansion-sensitive resistance layer comprises in particular an electrically conductive material, for example a metal, and functions in particular as a sensor which changes its resistance due to the mechanical expansion or compression. With the help of the stretch-sensitive resistance layer, local expansions and compressions can be converted into a change in electrical resistance.

Körperschall erzeugt auf der Oberfläche des Bauteils, das den Körperschall transportiert, mechanische Wellen. Diese Wellen sorgen für mechanische Stauchungen und Dehnungen auf der Oberfläche. Mithilfe des Dünnschichtsystems kann erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise eine besondere gute mechanische Ankopplung an das bezüglich des Körperschalls zu sensierende Bauteil erreicht werden. Mithilfe des dehnungsmessenden Dünnschichtsystems können die durch Körperschall erzeugten Longitudinal- und/oder Transversalwellen an der Oberfläche der Bauteile in Form von Dehnungsänderungen erfasst werden.Structure-borne noise generates mechanical waves on the surface of the component that transports the structure-borne noise. These waves cause mechanical compression and expansion on the surface. With the aid of the thin-film system, according to the invention, a particularly good mechanical coupling to the component to be sensed with regard to the structure-borne noise can advantageously be achieved. With the help of the strain-measuring thin-film system, the longitudinal and / or transverse waves generated by structure-borne noise can be recorded on the surface of the components in the form of strain changes.

Das Dünnschichtsystem ist erfindungsgemäß bevorzugt als vergleichsweise dünnes Schichtsystem ausgebildet. Es ist denkbar, dass das Dünnschichtsystem eine oder mehrere Schichten umfasst.According to the invention, the thin-layer system is preferably designed as a comparatively thin layer system. It is conceivable that the thin-film system comprises one or more layers.

Erfindungsgemäß ist es beispielsweise denkbar, dass das Bauteil als Teil einer Windkraftanlage, eines Roboter-Getriebes oder einer Fahrzeugachse vorgesehen ist oder als Bestandteil einer Windkraftanlage, eines Roboter-Getriebes oder einer Fahrzeugachse ausgebildet ist.According to the invention, it is conceivable, for example, that the component is provided as part of a wind power plant, a robot transmission or a vehicle axle or is designed as part of a wind power plant, a robot transmission or a vehicle axle.

Erfindungsgemäß ist es insbesondere beispielsweise denkbar, dass das Bauteil als Teil eines Wälzlagers, eines Linearlagers, eines rotativen und/oder linearen Antriebs vorgesehen ist. Das Dünnschichtsystem eignet sich jedoch auch zur Verwendung mit einer Vielzahl unterschiedlicher weitere Bauteile in unterschiedlichen Maschinen und Anwendungsgebieten.According to the invention, it is particularly conceivable, for example, that the component is provided as part of a roller bearing, a linear bearing, a rotary and / or linear drive. However, the thin-film system is also suitable for use with a large number of different other components in different machines and areas of application.

Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und auf Grundlage des erfindungsgemäß messbaren Körperschalls können Vorteile in der Zustandsüberwachung (condition monitoring) und der Vorausschauenden Überwachung (predicitve monitoring) von Bauteilen und Anlagen erzielt werden.With the aid of the method according to the invention and on the basis of the structure-borne noise that can be measured according to the invention, advantages in condition monitoring and predictive monitoring of components and systems can be achieved.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen können abhängigen Ansprüchen entnommen werden.Advantageous further developments and refinements can be found in the dependent claims.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass das Schichtsystem eine elektrisch isolierende Schicht umfasst, wobei die elektrisch isolierende Schicht zwischen dem Bauteil und der dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht angeordnet ist. Die elektrisch isolierende Schicht umfasst ein isolierendes Material und sorgt für die elektrische Trennung der dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht (Sensorschicht) vom zu sensierenden Bauteil (bzw. dem Material des Bauteils). Die elektrisch isolierende Schicht kann hierbei bevorzugt als Verbindung zwischen dem Bauteil und der dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht ausgebildet sein und die dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht gegenüber dem Bauteil isolieren. Die elektrisch isolierende Schicht weist besonders bevorzugt eine hohe Steifigkeit auf, wodurch sie die veränderlichen Dehnungen im Bauteil bzw. an der Oberfläche des Bauteils (also den Körperschall) sehr gut in die dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht übertragen kann. Die elektrisch isolierende Schicht ist entsprechend bevorzugt derart ausgebildet, dass sie durch den Körperschall des Bauteils erzeugte Dehnungen und Stauchungen in die elektrische Widerstandschicht überträgt.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the layer system comprises an electrically insulating layer, the electrically insulating layer being arranged between the component and the strain-sensitive resistance layer. The electrically insulating layer comprises an insulating material and ensures the electrical separation of the strain-sensitive resistance layer (sensor layer) from the component to be sensed (or the material of the component). The electrically insulating layer can in this case preferably be designed as a connection between the component and the expansion-sensitive resistance layer and isolate the expansion-sensitive resistance layer from the component. The electrically insulating layer particularly preferably has a high rigidity, as a result of which it can transfer the variable expansions in the component or on the surface of the component (that is, the structure-borne noise) very well into the expansion-sensitive resistance layer. The electrically insulating layer is accordingly preferably designed in such a way that it transfers expansions and compressions generated by the structure-borne noise of the component into the electrical resistance layer.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass das Dünnschichtsystem als integraler Bestandteil des Bauteils ausgebildet ist, insbesondere als integraler Bestandteil an einer Oberfläche des Bauteils.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the thin-film system is designed as an integral component of the component, in particular as an integral component on a surface of the component.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dünnschichtsystem eine Gesamtdicke von kleiner/gleich 100 Mikrometern, besonders bevorzugt von kleiner/gleich 50 Mikrometern, weiter bevorzugt von kleiner/gleich 15 Mikrometern, weiter besonders bevorzugt von kleiner/gleich 10 Mikrometern aufweist. Hierdurch kann ein besonders platz- und gewichtssparendes Messsystem realisiert werden.According to one embodiment of the present invention, it is provided that the thin-film system has a total thickness of less than / equal to 100 micrometers, particularly preferably less than / equal to 50 micrometers, more preferably less than / equal to 15 micrometers, more particularly preferably less than / equal to 10 micrometers . In this way, a particularly space-saving and weight-saving measuring system can be implemented.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die elektrisch isolierende Schicht eine Dicke von kleiner/gleich 50 Mikrometern, weiter bevorzugt von kleiner/gleich 10 Mikrometern aufweist, und/oder dass dehnungsempfindliche Widerstandsschicht eine Dicke von kleiner/gleich 50 Mikrometern, weiter bevorzugt von kleiner/gleich 10 Mikrometern aufweist. Es ist besonders bevorzugt möglich, dass die dehnungsempfindliche Widerstandsschicht eine Dicke von unterhalb eines Mikrometers aufweist.According to one embodiment of the present invention, it is provided that the electrically insulating layer has a thickness of less than / equal to 50 micrometers, more preferably less than / equal to 10 micrometers, and / or that the strain-sensitive resistance layer has a thickness of less than / equal to 50 micrometers preferably of less than / equal to 10 micrometers. It is particularly preferably possible for the strain-sensitive resistance layer to have a thickness of less than one micrometer.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die elektrisch isolierende Schicht und/oder die die dehnungsempfindliche Widerstandsschicht mithilfe einer Dünnschichttechnik auf das Bauteil aufgebracht ist. Es ist besonders vorteilhaft denkbar, dass die elektrisch isolierende Schicht, und/oder die dehnungsempfindliche Widerstandsschicht mithilfe eines vakuumbasierten Beschichtungsverfahrens, besonders bevorzugt mithilfe einer physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition - PVD), aufgebracht sind. Somit kann sich besonders vorteilhaft ein integrales Gebilde aus Dünnschichtsystem und Bauteil ergeben. Es ist derart in vorteilhafter Weise möglich, dass ein sehr hoher Übertrag von Wellen, die sich in dem Bauteil und/oder an dessen Oberfläche ausbreiten, in die dehnungsempfindliche Widerstandsschicht stattfinden kann. Die elektrisch isolierende Schicht, mit welcher die dehnungsempfindliche Widerstandsschicht am Bauteil befestigt ist, kann dabei als Festkörper ausgebildet sein und/oder steife Materialeigenschaften aufweisen, was einen besonders hohen und/oder ungedämpften Übertrag der Wellen vom Bauteil zur dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht ermöglicht.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the electrically insulating layer and / or the strain-sensitive resistance layer is applied to the component with the aid of a thin-film technique. It is particularly advantageously conceivable that the electrically insulating layer and / or the stretch-sensitive resistance layer are applied using a vacuum-based coating method, particularly preferably using physical vapor deposition (PVD). In this way, an integral structure of thin-film system and component can result in a particularly advantageous manner. It is thus advantageously possible that a very high transfer of waves, which propagate in the component and / or on its surface, can take place in the stretch-sensitive resistance layer. The electrically insulating layer with which the strain-sensitive resistance layer is attached to the component can be designed as a solid body and / or have stiff material properties, which enables a particularly high and / or undamped transmission of the waves from the component to the strain-sensitive resistance layer.

Diese Vorteile ergeben sich insbesondere gegenüber einem auf ein Bauteil aufgeklebten Dehnungsmessstreifen, der mit einem Kleber und/oder einer vergleichsweise flexiblen (Kunststoff-)Trägerfolie an dem Bauteil befestigt ist. Hierbei würden durch die flexible (nicht steife) Verbindung aus Kleber/Trägerfolie erheblich Teile der Wellen des Bauteils an dieser Verbindung verloren gehen und nicht oder stark gedämpft im Dehnungsmessstreifen ankommen. Ein solcher aufgeklebter bzw. mit einer Trägerfolie angebrachter Dehnungsmesstreifen würde sich daher nicht oder nur vergleichsweise schlecht zur Körperschallmessung eignen.These advantages arise in particular compared to a strain gauge glued to a component, which is fastened to the component with an adhesive and / or a comparatively flexible (plastic) carrier film. In this case, due to the flexible (not rigid) connection of adhesive / carrier film, considerable parts of the shafts of the component would be lost at this connection and would not arrive at the strain gauges or would arrive at the strain gauges with great damping. Such a stuck-on or attached with a carrier film strain gauges would therefore not, or only comparatively poorly, be suitable for structure-borne noise measurement.

Im Gegensatz dazu ist das Dünnschichtsystem (und seine Verbindung zum Bauteil) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt frei von Klebstoffen und Transferpolymeren.In contrast to this, the thin-film system (and its connection to the component) according to one embodiment of the present invention is preferably free of adhesives and transfer polymers.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass die dehnungsempfindliche Widerstandsschicht mithilfe eines Mikrostrukturprozesses strukturiert ist.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the strain-sensitive resistance layer is structured with the aid of a microstructure process.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass mithilfe des Dünnschichtsystems eine Kraft- und/oder Momentenmessung einer am Bauteil anliegenden Kraft und/oder eines am Bauteil anliegenden Drehmoments durchgeführt wird, wobei die Kraft- und/oder Momentenmessung insbesondere zusätzlich zur Körperschallmessung durchgeführt wird. Es ist somit denkbar, dass mithilfe eines Dünnschichtsystems sowohl Körperschallmessungen als auch Kraft- und/oder Momentenmessung durchgeführt werden, wodurch eine besonders umfangreiche und aussagekräftige Überwachung des Bauteils im Betrieb erzielbar ist. Ferner können derart Kosten und Bauraum gespart werden, da keine separaten Sensoren zur Ermittlung dieser Eigenschaften am Bauteil angebracht werden müssen und somit Sensoren eingespart werden können. Somit kann eine besonders kostenoptimierte sowie bauraum- und gewichtsoptimierte Messsensorik bereitgestellt werden.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the thin-film system is used to carry out a force and / or moment measurement of a force applied to the component and / or a torque applied to the component, the force and / or torque measurement being carried out in addition to the structure-borne noise measurement will. It is therefore conceivable that structure-borne noise measurements as well as force and / or torque measurements can be carried out with the aid of a thin-film system, whereby a particularly extensive and meaningful monitoring of the component during operation can be achieved. Furthermore, costs and installation space can be saved in this way, since no separate sensors have to be attached to the component to determine these properties, and sensors can therefore be saved. In this way, a particularly cost-optimized, space-saving and weight-optimized measurement sensor system can be provided.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass zur Kraft- und/oder Momentenmessung ein Messsignal des Dünnschichtsystems mithilfe eines Tiefpassfilters gefiltert wird, und/oder dass zur Körperschallmessung das Messignal des Dünnschichtsystems mithilfe eines Hochpassfilters gefiltert wird.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that a measurement signal of the thin-film system is filtered with the aid of a low-pass filter for force and / or torque measurement and / or that the measurement signal of the thin-film system is filtered with the aid of a high-pass filter for structure-borne noise measurement.

Die Verwendung eines Sensorsystems zur Körperschall- sowie zur Kraft- und/oder Momentenmessung ist besonders vorteilhaft möglich, da sich Kräfte und Momente in den meisten Anwendungen beispielsweise nicht schneller als mit 100 Hz verändern, Körperschallsignale aber typischerweise erst oberhalb von 100 Hz betrachtet werden. Somit kann das erfindungsgemäß mithilfe des Dünnschichtsystems erfasste Messsignal sowohl hinsichtlich der Kraft betrachtet werden, beispielsweise indem die Frequenzbereiche oberhalb von 100Hz durch einen Tiefpassfilter entfernt werden, als auch hinsichtlich des Körperschallsignals betrachtet werden, indem ein Hochpassfilter eingesetzt wird, um die durch Krafteinflüsse überlagerten tiefen Frequenzen herauszufiltern.The use of a sensor system for structure-borne sound as well as for force and / or torque measurement is particularly advantageous, since forces and torques in most applications do not change faster than 100 Hz, for example, but structure-borne sound signals are typically only considered above 100 Hz. Thus, the measurement signal recorded according to the invention using the thin-film system can be viewed both in terms of force, for example by removing the frequency ranges above 100 Hz using a low-pass filter, and in terms of the structure-borne noise signal, in that a high-pass filter is used to remove the low frequencies superimposed by force influences to filter out.

Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, dass zur Kraft- und/oder Momentenmessung ein Messignal des Dünnschichtsystems unterhalb einer ersten Grenzfrequenz analysiert und/oder ausgewertet wird, wobei zur Körperschallmessung das Messignal des Dünnschichtsystems oberhalb einer zweiten Grenzfrequenz analysiert und/oder ausgewertet wird. Die erste Grenzfrequenz liegt bevorzugt unterhalb der zweiten Grenzfrequenz. Es ist denkbar, dass die erste und zweite Grenzfrequenz zusammenfallen bzw. die gleiche Frequenz sind. Es ist beispielsweise denkbar, dass die erste Grenzfrequenz 100 Hz entspricht oder unterhalb von 100 Hz liegt, wobei die zweite 100 Hz entspricht oder oberhalb von 100 Hz liegt. Alternativ sind auch andere Frequenzwerte denkbar. Es ist insbesondere denkbar, dass zur Kraft- und/oder Momentenmessung mithilfe eines Tiefpassfilters Frequenzanteile oberhalb der ersten Grenzfrequenz herausgefiltert werden. Es ist zusätzlich oder alternativ denkbar, dass zur Körperschallmessung mithilfe eines Hochpassfilters Frequenzanteile unterhalb der zweiten Grenzfrequenz herausgefiltert werden. Die jeweils gefilterten und betrachteten Frequenzbereiche können vom spezifischen Bauteil abhängen, insbesondere von den Materialeigenschaften des Bauteils.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that a measurement signal of the thin-film system is analyzed and / or evaluated below a first cut-off frequency for force and / or torque measurement, with the measurement signal of the thin-film system being analyzed and / or evaluated above a second cut-off frequency for structure-borne noise measurement . The first cutoff frequency is preferably below the second cutoff frequency. It is conceivable that the first and second limit frequencies coincide or are the same frequency. It is conceivable, for example, that the first limit frequency corresponds to 100 Hz or is below 100 Hz, the second corresponding to 100 Hz or above 100 Hz. Alternatively, other frequency values are also conceivable. In particular, it is conceivable that, for the force and / or torque measurement, frequency components above the first cutoff frequency are filtered out with the aid of a low-pass filter. It is additionally or alternatively conceivable that, for the structure-borne noise measurement, frequency components below the second cut-off frequency are filtered out with the aid of a high-pass filter. The respective filtered and observed frequency ranges can depend on the specific component, in particular on the material properties of the component.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass eine Länge und/oder Breite des Dünnschichtsystems kleiner ist als 1/2 einer Wellenlänge eines zu detektierenden Körperschallsignals des Bauteils, bevorzugt kleiner als 1/4 der Wellenlänge. Derart kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass bei der Körperschallmessung ausreichende Dehnungen über die gesamte Länge der Sensorstruktur auftreten. Hierdurch ist eine besonders hohe Messqualität erzielbar.According to one embodiment of the present invention, it is preferred that a length and / or width of the thin-film system is less than 1/2 of a wavelength of a structure-borne sound signal to be detected of the component, preferably less than 1/4 of the wavelength. In this way it can advantageously be achieved that sufficient expansions occur over the entire length of the sensor structure during the structure-borne noise measurement. A particularly high measurement quality can be achieved in this way.

Beispielsweise liegt die Wellenlänge bei Wälzlagerstahl für Frequenzen zwischen 100 Hz und 100 kHz zwischen 60 m und 60 mm, so dass bevorzugt ein Dünnschichtsystem mit einer dehnungsempfindliche Widerstandsschicht mit einer Länge und/oder Breite von kleiner als 15 mm gewählt werden kann, um Körperschall bis 100 kHz erfassen zu können.For example, the wavelength of roller bearing steel for frequencies between 100 Hz and 100 kHz is between 60 m and 60 mm, so that preferably a thin-film system with a stretch-sensitive resistance layer with a length and / or width of less than 15 mm can be selected in order to absorb structure-borne noise up to 100 to be able to capture kHz.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Körperschallmessung eines Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Dünnschichtsystem aufweist, wobei das Dünnschichtsystem eine dehnungsempfindliche Widerstandsschicht umfasst, wobei das System derart konfiguriert ist, dass mithilfe des Dünnschichtsystems eine Körperschallmessung für das Bauteil durchgeführt wird.Another object of the present invention is a system for structure-borne noise measurement of a component, characterized in that the component has a thin-film system, the thin-film system comprising a strain-sensitive resistance layer, the system being configured such that a structure-borne noise measurement is carried out for the component with the aid of the thin-film system .

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass das Schichtsystem eine elektrisch isolierende Schicht umfasst, wobei die elektrisch isolierende Schicht zwischen dem Bauteil und der dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht angeordnet ist.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the layer system comprises an electrically insulating layer, the electrically insulating layer being arranged between the component and the strain-sensitive resistance layer.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass das Dünnschichtsystem als integraler Bestandteil des Bauteils ausgebildet ist, insbesondere als integraler Bestandteil an einer Oberfläche des Bauteils.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the thin-film system is designed as an integral component of the component, in particular as an integral component on a surface of the component.

Es ist denkbar, dass das System zur Körperschallmessung eine Mess- und/oder Auswerteelektronik aufweist, mithilfe derer die Körperschallmessung für das Bauteil durchführbar ist und bevorzugt ein Messsignal des Dünnschichtsystems analysierbar oder auswertbar ist.It is conceivable that the system for structure-borne noise measurement has measurement and / or evaluation electronics, with the aid of which the structure-borne noise measurement for the component can be carried out and preferably a measurement signal of the thin-film system can be analyzed or evaluated.

Für das System können dabei die Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile Anwendung finden, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des Verfahrens beschrieben worden sind.The features, embodiments and advantages that have already been described in connection with the method according to the invention or in connection with an embodiment of the method can be used for the system.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Further details and advantages of the invention will be explained below with reference to the embodiment shown in the drawing. Herein shows:
  • 1 a schematic representation of a system according to an embodiment of the present invention.

In 1 ist ein System 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System 10 umfasst ein Bauteil 30, welches im gezeigten Beispiel als Radlagerbauteil ausgebildet ist. Auf einer Oberfläche 31 des Bauteil 30 ist ein Dünnschichtsystem 20 angeordnet. Ein vergrößerter Ausschnitt des Bereichs des Dünnschichtsystems 20 ist im unteren Teil der 1 gezeigt. Das Dünnschichtsystem 20 umfasst eine strukturierte dehnungsempfindliche Widerstandsschicht 21, die auf einer elektrisch isolierende Schicht 22 angeordnet ist. Die elektrisch isolierende Schicht 22 verbindet die Oberfläche 31 des Bauteil 30 mit der dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht 21. Das Dünnschichtsystem 20 ist mit einer Dünnschichttechnik auf das Bauteil 30 aufgebracht und insbesondere nicht aufgeklebt. Somit ist das Dünnschichtsystem 20 als integraler Bestandteil des Bauteils 30 ausgebildet. Durch das Dünnschichtsystem 20 kann eine besonders platzsparende und gewichtssparende Sensorik implementiert werden. In 1 is a system 10 shown in accordance with an embodiment of the present invention. The system 10 includes a component 30th , which is designed as a wheel bearing component in the example shown. On one surface 31 of the component 30th is a thin film system 20th arranged. An enlarged section of the area of the thin-film system 20th is in the lower part of the 1 shown. The thin film system 20th comprises a structured strain-sensitive resistive layer 21 resting on an electrically insulating layer 22nd is arranged. The electrically insulating layer 22nd connects the surface 31 of the component 30th with the stretch-sensitive resistance layer 21 . The thin film system 20th is on the component with a thin-film technology 30th applied and in particular not glued on. Thus the thin film system 20th as an integral part of the component 30th educated. Through the thin film system 20th a particularly space-saving and weight-saving sensor system can be implemented.

Verformungen des Bauteils 30 and der Oberfläche 31, welche durch Körperschall verursacht werden, werden über die elektrisch isolierende Schicht 22 in die dehnungsempfindliche Widerstandsschicht 21 übertragen. Hierfür ist die elektrisch isolierende Schicht 22 bevorzugt aus einem steifen Material gefertigt. Der elektrische Widerstand der dehnungsempfindliche Widerstandsschicht 21 ändert sich in Abhängigkeit der aktuellen Dehnung und/oder Stauchung der Widerstandsschicht 21. Somit kann der Körperschall des Bauteils 30 durch Widerstandsänderungen in der Widerstandsschicht 21 detektiert werden.Deformations of the component 30th on the surface 31 , which are caused by structure-borne noise, are over the electrically insulating layer 22nd into the stretch-sensitive resistance layer 21 transfer. The electrically insulating layer is used for this 22nd preferably made of a rigid material. The electrical resistance of the strain-sensitive resistance layer 21 changes depending on the current expansion and / or compression of the resistance layer 21 . The structure-borne noise of the component can thus 30th by changes in resistance in the resistance layer 21 can be detected.

Zusätzlich, insbesondere gleichzeitig, kann mithilfe des Dünnschichtsystems 20 eine Kraft- und/oder Momentenmessung bezüglich des Bauteils 30 durchgeführt werden. Zur Kraft- und/oder Momentenmessung wird ein Messsignal des Dünnschichtsystems 20 (insbesondere der Widerstandsschicht 21) mithilfe eines Tiefpassfilters gefiltert und dann analysiert. Zur Körperschallmessung wird das Messignal hingegen mithilfe eines Hochpassfilter gefiltert und dann analysiert. Somit kann erfindungsgemäß mithilfe des Dünnschichtsystems 20 erfasste Messsignal sowohl hinsichtlich der Kraft und/oder des Drehmoments betrachtet werden, die auf das Bauteil wirken, beispielsweise indem die Frequenzbereiche oberhalb von 100 Hz durch einen Tiefpassfilter entfernt werden, als auch hinsichtlich des Körperschallsignals betrachtet werden, indem ein Hochpassfilter eingesetzt wird, um die durch Krafteinflüsse überlagerten tiefen Frequenzen herauszufiltern. Die jeweils gefilterten und betrachteten Frequenzbereiche können vom spezifischen Bauteil abhängen, insbesondere von den Materialeigenschaften des Bauteils.In addition, in particular at the same time, the thin-film system can be used 20th a force and / or torque measurement with respect to the component 30th be performed. A measurement signal from the thin-film system is used to measure the force and / or torque 20th (especially the resistance layer 21 ) filtered using a low-pass filter and then analyzed. For structure-borne noise measurement, on the other hand, the measurement signal is filtered using a high-pass filter and then analyzed. Thus, according to the invention, with the aid of the thin-film system 20th recorded measurement signal can be considered both in terms of the force and / or torque acting on the component, for example by removing the frequency ranges above 100 Hz by a low-pass filter, and in terms of the structure-borne noise signal by using a high-pass filter to reduce the to filter out low frequencies superimposed by forces. The respective filtered and observed frequency ranges can depend on the specific component, in particular on the material properties of the component.

Die Länge und Breite der Widerstandsschicht 21 ist bevorzugt kleiner als 1/2 der Wellenlänge des zu detektierenden Körperschallsignals, besonders bevorzugt kleiner als 1/4 der Wellenlänge. So ist sichergestellt, dass ausreichende Dehnungen über die gesamte Länge der Sensorstruktur auftreten.The length and width of the resistive layer 21 is preferably smaller than 1/2 of the wavelength of the structure-borne sound signal to be detected, particularly preferably smaller than 1/4 of the wavelength. This ensures that sufficient expansion occurs over the entire length of the sensor structure.

Mithilfe des gezeigten Systems 10, kann ein Verfahren zur Körperschallmessung eines Bauteils 30 implementiert werden, wobei mithilfe des Dünnschichtsystems 20 eine vorteilhafte Körperschallmessung für das Bauteil 30 durchführbar ist.Using the system shown 10 , can be a method for the structure-borne noise measurement of a component 30th implemented using the thin-film system 20th an advantageous structure-borne noise measurement for the component 30th is feasible.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Systemsystem
2020th
DünnschichtsystemThin film system
2121
dehnungsempfindliche Widerstandsschichtstretch-sensitive resistance layer
2222nd
elektrisch isolierende Schichtelectrically insulating layer
3030th
BauteilComponent
3131
Oberflächesurface

Claims (10)

Verfahren zur Körperschallmessung eines Bauteils (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (30) ein Dünnschichtsystem (20) aufweist, wobei das Dünnschichtsystem (20) eine dehnungsempfindliche Widerstandsschicht (21) umfasst, wobei mithilfe des Dünnschichtsystems (20) eine Körperschallmessung für das Bauteil (30) durchgeführt wird.Method for measuring structure-borne noise of a component (30), characterized in that the component (30) has a thin-film system (20), the thin-film system (20) comprising a strain-sensitive resistance layer (21), with the aid of the thin-film system (20) a structure-borne noise measurement for the Component (30) is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (20) eine elektrisch isolierende Schicht (22) umfasst, wobei die elektrisch isolierende Schicht (22) zwischen dem Bauteil (30) und der dehnungsempfindlichen Widerstandsschicht (21) angeordnet ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the layer system (20) comprises an electrically insulating layer (22), wherein the electrically insulating layer (22) is arranged between the component (30) and the strain-sensitive resistance layer (21). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschichtsystem (20) als integraler Bestandteil des Bauteils (30) ausgebildet ist, insbesondere als integraler Bestandteil an einer Oberfläche (31) des Bauteils (30).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thin-film system (20) is designed as an integral component of the component (30), in particular as an integral component on a surface (31) of the component (30). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschichtsystem (20) eine Gesamtdicke von kleiner/gleich 100 Mikrometern, besonders bevorzugt von kleiner/gleich 50 Mikrometern, weiter bevorzugt von kleiner/gleich 15 Mikrometern, weiter besonders bevorzugt von kleiner/gleich 10 Mikrometern aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thin-film system (20) has a total thickness of less than / equal to 100 micrometers, particularly preferably less than / equal to 50 micrometers, more preferably less than / equal to 15 micrometers, more particularly preferably less than / equal to 10 microns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (22) eine Dicke von kleiner/gleich 50 Mikrometern, weiter bevorzugt von kleiner/gleich 10 Mikrometern aufweist, und/oder dass dehnungsempfindliche Widerstandsschicht (21) eine Dicke von kleiner/gleich 50 Mikrometern, weiter bevorzugt von kleiner/gleich 10 Mikrometern aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically insulating layer (22) has a thickness of less than / equal to 50 micrometers, more preferably less than / equal to 10 micrometers, and / or that the strain-sensitive resistance layer (21) has a thickness of less / equal to 50 micrometers, more preferably less than / equal to 10 micrometers. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (22) und/oder die die dehnungsempfindliche Widerstandsschicht (21) mithilfe einer Dünnschichttechnik auf das Bauteil (30) aufgebracht ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically insulating layer (22) and / or the strain-sensitive resistance layer (21) is applied to the component (30) with the aid of a thin-film technique. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe des Dünnschichtsystems (20) eine Kraft- und/oder Momentenmessung einer am Bauteil (30) anliegenden Kraft und/oder eines am Bauteil (30) anliegenden Drehmoments durchgeführt wird, wobei die Kraft- und/oder Momentenmessung insbesondere zusätzlich zur Körperschallmessung durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that with the aid of the thin-film system (20) a force and / or moment measurement of a force applied to the component (30) and / or a torque applied to the component (30) is carried out, the force and / or torque measurement is carried out in particular in addition to the structure-borne noise measurement. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kraft- und/oder Momentenmessung ein Messsignal des Dünnschichtsystems (20) mithilfe eines Tiefpassfilters gefiltert wird, und/oder dass zur Körperschallmessung das Messignal des Dünnschichtsystems (20) mithilfe eines Hochpassfilters gefiltert wird.Procedure according to Claim 7 , characterized in that a measurement signal of the thin-film system (20) is filtered with the aid of a low-pass filter for the force and / or torque measurement, and / or that the measurement signal of the thin-film system (20) is filtered with the aid of a high-pass filter for the structure-borne noise measurement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge und/oder Breite des Dünnschichtsystems kleiner ist als 1/2 einer Wellenlänge eines zu detektierenden Körperschallsignals des Bauteils (30), bevorzugt kleiner als 1/4 der Wellenlänge.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a length and / or width of the thin-film system is less than 1/2 of a wavelength of a structure-borne sound signal to be detected of the component (30), preferably less than 1/4 of the wavelength. System (10) zur Körperschallmessung eines Bauteils (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (30) ein Dünnschichtsystem (20) aufweist, wobei das Dünnschichtsystem (20) eine dehnungsempfindliche Widerstandsschicht (21) umfasst, wobei das System (10) derart konfiguriert ist, dass mithilfe des Dünnschichtsystems (20) eine Körperschallmessung für das Bauteil (30) durchgeführt wird.System (10) for structure-borne noise measurement of a component (30), characterized in that the component (30) has a thin-film system (20), the thin-film system (20) comprising a strain-sensitive resistance layer (21), the system (10) being configured in this way is that a structure-borne noise measurement for the component (30) is carried out with the aid of the thin-film system (20).
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DE10136438A1 (en) 2000-08-22 2002-03-07 Bosch Gmbh Robert Sensor arrangement for direct measurement of forces and moments acting on bearing box and derivation from these of other values useful in automatic vehicle control systems
DE102004054301A1 (en) 2004-11-09 2006-05-11 Mahle Ventiltrieb Gmbh Camshaft for in particular motor vehicle engines

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