機械裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種機械裝置，包括或是至少一個承載體，其中，玻璃纖維與所述機械裝置連接。為了適當地測量應力，即使是在通常在連接至軸承環的承載體的情況下的機械裝置的曲面上，本發明提出了所述玻璃纖維和機械裝置之間的連接由金屬材料建立，該金屬材料通過材料結合與機械裝置以及與玻璃纖維連接。
【專利說明】機械裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機械裝置，包括至少一個軸承環，其中，玻璃纖維與所述機械裝置連接。
【背景技術】
[0002]本領域中公知的是，采用玻璃纖維元件來裝備這種機械部件，以允許測量不同的物理參數。通過這樣做，可以通過使用光纖布拉格光柵(FBG)法來對這些參數進行測量。通過該方法，可以監測機械裝置的溫度以及應變。
[0003]為了這樣做，有必要將玻璃纖維與部件連接。為了測量溫度，很重要的是建立玻璃纖維和機械裝置之間的熱聯接。為了監測應變，有必要將玻璃纖維與要被監測的部件機械地連接。
[0004]特別是在后一種情況下會出現問題，因為玻璃纖維通常配備有多個同軸布置的覆蓋層。典型的結構采用圍繞玻璃纖維(芯)本身布置的包層；該包層是由涂層包裹。然后，加強纖維(例如由芳族聚酰胺制成)布置在涂層的外圓周上。最后，加強纖維由中空圓柱形光纜護套包圍。
[0005]當這種類型的玻璃纖維元件與部件連接時，在玻璃芯和部件之間存在固有的一定的彈性。因此，具體地，應變的測量因彈性而是有問題的。這在部件不平但如果其具有球形形狀時是特別的問題。這在軸承特別是滾子軸承的部件的情況下是典型的。
[0006]本發明的目的是提出了一種上述類型的機械裝置，其設計成使得在玻璃纖維芯和盡可能硬的部件之間建立接觸。通過這樣做，旨在高精度地監測部件的物理性質特別是應變。因此，具體地，適當地測量應力應成為可能，即使是在通常在軸承環情況下的機械裝置的曲面上。
【發明內容】
[0007]根據本發明的解決方案的特征在于，所述玻璃纖維和機械裝置之間的連接由金屬材料建立，該金屬材料通過材料結合與機械裝置以及與玻璃纖維連接。
[0008]所述玻璃纖維基本上沒有如上所述的任何層。例外的情況可能是，該玻璃纖維由反射覆蓋材料包圍，以確保通過玻璃纖維的光傳導。
[0009]所述金屬材料優選地包括至少兩種不同的金屬材料，其中，第一金屬材料包圍所述玻璃纖維，并且其中，第二金屬材料通過材料結合將所述第一金屬材料與機械裝置連接。
[0010]所述金屬材料和機械裝置之間的材料結合連接可以由通過使用該金屬材料的焊接過程建立。
[0011]所述金屬材料和玻璃纖維之間的材料結合連接還可以由通過使用該金屬材料的焊接或熔化過程建立。
[0012]所提到的第一金屬材料可以是單金屬元素。在這種情況下，優選的實施方式提出，所述第一金屬材料是鉻(Cr)。一種替代方案建議鎳(Ni)作為第一金屬材料。
[0013]所述第二金屬材料可以是金屬合金。在這種情況下，第二金屬材料可以是鎳(Ni)鉻(Cr)合金。
[0014]在本發明的優選實施方式中，設置有包圍所述玻璃纖維的鎳(Ni)包層；此被包圍的玻璃纖維然后被覆蓋鎳鉻合金。
[0015]所述第二金屬材料可以至少部分地具有在垂直于所述玻璃纖維的縱向軸線的方向上測量的厚度為至少0.3毫米，優選的是至少0.5毫米。
[0016]所述玻璃纖維可以布置在所述機械裝置的曲面上，特別是在機械裝置的承載體的圓柱形或平表面上。承載體反過來又布置在機械裝置的軸承環上。
[0017]由此，所述玻璃纖維可以連接至機械裝置的圓柱形或平表面。另外，可以將玻璃纖維定位在凹槽中，該凹槽被機加工成用于將玻璃纖維放置到機械裝置中。
[0018]一種解決方案是一種機械裝置，包括或是至少一個承載體，其中，玻璃纖維與所述機械裝置連接。所述玻璃纖維和機械裝置之間的連接由金屬材料建立，該金屬材料通過材料結合與機械裝置以及與玻璃纖維連接。
[0019]優選地，所述玻璃纖維由反射覆蓋材料包圍。所述金屬材料可以包括至少兩種不同的金屬材料，其中，第一金屬材料包圍玻璃纖維，并且其中，第二金屬材料通過材料結合將第一金屬材料與機械裝置連接。所述金屬材料和機械裝置之間的材料結合連接可以由通過使用該金屬材料的真空釬焊過程建立。玻璃纖維與承載體連接。所述承載體可以由不銹鋼制成。所述第一金屬材料優選的是單金屬元素，比如鎳(Ni)。所述第二金屬材料優選的是金屬合金，比如包括銀(Ag)和銅(Cu)的釬焊合金，比如Cusin-1 ΑΒΑ。所述承載體可以通過脈沖電弧焊接而連接至由硬化鋼制成的機械部件。
[0020]上述所有特征可以以任何期望的方式被單獨地結合在一起，前提是只要沒有任何矛盾的特征接合。
[0021]通過所提出的設計，在玻璃纖維和要被監測的部件之間建立剛性的直接連接，從而可以以精確的方式檢測物理參數——特別是溫度和應變。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]各附圖示出了本發明的實施方式。
[0023]圖1示出了旨在連接至滾子軸承的外軸承環的承載體的一部分的透視圖，其上固定有玻璃纖維，
[0024]圖2不出了根據圖1的橫截面Α-Α,
[0025]圖3示出了固定至與圖2相類似的承載體的玻璃纖維的透視圖，
[0026]圖4示出了與圖3相類似的固定至承載體的玻璃纖維的正視圖，
[0027]圖5示出了固定在承載體的凹槽中的玻璃纖維的透視圖，
[0028]圖6示出了與圖5相類似的固定在承載體的凹槽中的玻璃纖維的正視圖，
[0029]圖7a示出了在第一早期狀態將玻璃纖維固定在承載體的凹槽中的過程，
[0030]圖7b示出了在第二后期狀態將玻璃纖維固定在承載體的凹槽中的過程。
【具體實施方式】
[0031 ] 在圖1中，示出的機械裝置I是連接至機械裝置的滾子軸承的外軸承環的承載體。承載體I具有外球形表面，其就作用于機械部件中的應變而被監測。通過同樣公知的光纖布拉格光柵(FBG)法來對這些應變進行測量。例如可以參照US6923048B2，其中對該技術進行了更詳細的說明。
[0032]為了這樣做，將玻璃纖維2牢固地固定在承載體I的球形即圓柱形外周上。玻璃纖維2具有在承載體I的周向方向上延伸的縱向方向L。
[0033]關于玻璃纖維2固定在承載體I中的細節可以從圖2中看出。
[0034]這里，可以看出的是，玻璃纖維2基本上是純玻璃元件一可能僅由反射涂層覆蓋，以確保在玻璃纖維內的適當光傳導——其然后通過金屬材料3與承載體I連接。
[0035]這里，采用了兩種不同的金屬材料:
[0036]第一金屬材料3’覆蓋玻璃纖維2本身。優選的材料是鉻(Cr)。
[0037]然后，第一金屬材料3’與第二金屬材料3"連接。該材料優選的是合金，優選的是由鉻(Cr)和鎳(Ni)制成。
[0038]因此，在玻璃纖維2和要被監測的機械部件I之間建立材料結合。這意味著，機械部件I中的所有應變被直接轉移到玻璃纖維2中。因此，為精確測量機械部件I的物理參數確保了前提。
[0039]圖3中示出了本發明的另一實施方式。這里，玻璃纖維2設置有由第一金屬材料(鎳(Ni))制成的包層3’。此包層嵌入在第二金屬材料3"(鎳鉻合金)中。第二金屬材料3"通過焊接或釬焊4被固定在承載體I上。
[0040]圖4中示出了一種類似的解決方案。這里，玻璃纖維2被再次嵌入在鎳包層3’中。此包層由鎳鉻合金的涂層3"覆蓋。通過焊接或釬焊4，將此涂層3"與承載體I固定。
[0041]圖5中示出了一種替代方式。這里，承載體I具有凹槽5，玻璃纖維2插入并牢固地固定在其中。為了這樣做，玻璃纖維2包覆有由鎳制成的覆蓋層3’。然后，通過填補凹槽5的鎳鉻合金3"，將被覆蓋的玻璃纖維2固定在承載體I上。
[0042]圖6中示出了一種類似的解決方案。這里，承載體I同樣具有其中插入有玻璃纖維2的凹槽5。玻璃纖維2嵌入在鎳包層3’中。包層3’由鎳鉻合金3"覆蓋。通過焊接或釬焊4，將鎳鉻合金3"的涂層固定在凹槽5中。
[0043]圖7a和圖7b中示出了通過其可以實現如圖6所示的固定的過程。這里，當被嵌入的玻璃纖維2 (還是由鎳層3’和鎳鉻合金層3"涂覆)布置在承載體I的凹槽5中時，容器7布置在承載體I上。容器7填充有焊膏6。這示于圖7a中。
[0044]加熱元件8 (其是感應加熱器)布置在容器7附近。由于由感應加熱器8所產生的熱量，焊膏6熔化并形成在圖7b中所示的釬焊4。然后，將容器7移除。
[0045]所提出的連接技術可以用來將玻璃纖維2牢固地固定在承載體I上的兩點之間，以使用光纖布拉格光柵(FBG)法來測量特定的數據。
[0046]為了包覆玻璃纖維2本身，純材料——特別是鎳(Ni)或鉻(Cr)——是優選的。此給出了非常致密且無缺陷的涂層。
[0047]對于外涂層來說，可以從有或沒有附加元素比如B、Fe、Mn、S1、Ti的鎳(Ni)和鉻(Cr)之間的適當合金選擇，這些元素可被選擇以獲得更硬或更具延展性的涂層并且/或者降低涂層或所施加的后期釬焊或焊接的熔化溫度。
[0048]除純鎳之外，還可以使用具有最大2% (重量)鈦(Ti)、l% (重量)硅(Si)的鎳合金或具有最大3.5% (重量)硼(B) ,4.5% (重量)硅(Si)、5%至7% (重量)鉻(Cr)以及約4% (重量)鐵(Fe)的鎳合金。
[0049]對于外涂層3"來說，可以采用純鉻(Cr)，但也可以采用具有最大20%至60%(重量)鎳(Ni)的鉻合金。外涂層優選具有的壁厚在0.2至0.5毫米之間，以使得微型激光器能夠焊接或釬焊。
[0050]這里，鎳鉻合金優選的是具有20%至80% (重量)鎳(Ni)和其余為鉻(Cr)。此夕卜，已經發現合適的合金具有20%至70% (重量)鎳(Ni)、1%至5% (重量)猛(Mn)、最大1% (重量)硅(Si)以及其余為鉻(Cr)。此外，加入銅(Cu)可能是有好處的。
[0051 ] 在圖8中，帶芯的玻璃纖維82，其優選地工作高達1000攝氏度，包括芯內的布拉格光柵83，已經準備好進行真空釬焊至不銹鋼承載體。玻璃纖維82通常包括銅涂層84，其在連接區域89以外在活化期間由薄層電鍍鎳86保護。然后，添加薄的化學Ni層87，使裸露的纖維部分導電，最后添加約20微米厚的電鍍鎳層88。玻璃纖維82沿著其將被安裝至承載體的長度89在添加Ni層87、88之前將是裸露的，并且將包括一個或多個芯內的布拉格光柵83。
[0052]在圖9中，優選地由430不銹鋼制成的承載體91安裝在軸承的外環99上。當然，這是承載體可安裝在的軸承上的許多不同位置之一。所述的承載體可以優選地安裝在任何硬化鋼特別是硬化軸承鋼上。優選地，承載體91可以在25毫米長(在所安裝的光纖92的方向上)、5毫米寬、I毫米厚的范圍內。重要的是，承載體91很薄，使得光纖92盡可能地接近應該測量的部件，因為光纖在一側上，而機械部件在另一側上。承載體91優選地包括用于鎳涂覆光纖92的、直徑/深度在0.3毫米范圍內的凹槽。所制備的光纖92 (優選的是根據圖8的種類)被放置在該凹槽中，填充材料94被添加在鎳涂覆纖維和不銹鋼承載體91之間。優選地，該填充材料可以是釬焊合金Cusin-1 ABA膏。然后，通過釬焊優選的是真空釬焊，將光纖92嵌入到承載體91中。在光纖92已被嵌入到承載體91中或上之后，承載體91然后連接至要被測量(例如關于溫度和/或應變)的機械部件。如在本示例中，承載體91連接至外軸承環是根據本實施方式由脈沖電弧焊接比如在氬氛下的微TIG焊接完成的。然后，光纖92將具有與欲測量的機械部件的剛性連接。
[0053]附圖標記列表
[0054]I 機械裝置(承載體)
[0055]2 玻璃纖維
[0056]3 金屬材料
[0057]3’ 第一金屬材料
[0058]3" 第二金屬材料
[0059]4 焊接/釬焊
[0060]5 凹槽
[0061]6 焊膏
[0062]7 容器
[0063]8 加熱元件(感應加熱元件)
[0064]82 帶芯的玻璃纖維，優選地工作高達1000攝氏度
[0065]83 芯內的布拉格光柵
[0066]84銅(Cu)，纖維的涂層
[0067]86薄電鍍鎳(Ni)，活化過程中保護銅
[0068]87薄化學Ni層，使裸露的纖維部分導電
[0069]88最后電鍍Ni層，約20微米厚
[0070]89承載體安裝區域
[0071]91承載體,優選的是430不銹鋼
[0072]92光纖，優選地工作高達1000攝氏度
[0073]94填充材料，優選的是釬焊合金Cusin-1 ABA膏
[0074]98脈沖電弧焊接，氬氛下的微TIG (鎢惰性氣體)
[0075]L縱向軸線
【權利要求】
1.一種機械裝置，包括或是至少一個承載體，其中，玻璃纖維與所述機械裝置連接， 其特征在于， 所述玻璃纖維和機械裝置之間的連接由金屬材料建立，該金屬材料通過材料結合與機械裝置以及與玻璃纖維連接。
2.根據權利要求1所述的機械裝置，其特征在于，所述玻璃纖維由反射覆蓋材料包圍。
3.根據權利要求1或2所述的機械裝置，其特征在于，所述金屬材料包括至少兩種不同的金屬材料，其中，第一金屬材料包圍所述玻璃纖維，并且其中，第二金屬材料通過材料結合將所述第一金屬材料與機械裝置連接。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的機械裝置，其特征在于，所述金屬材料和機械裝置之間的材料結合連接由通過使用該金屬材料的真空釬焊過程建立。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的機械裝置，其特征在于，所述玻璃纖維與所述承載體連接。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的機械裝置，其特征在于，所述承載體由不銹鋼制成。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的機械裝置，其特征在于，所述第一金屬材料是單屬素。
8.根據權利要求6所述的機械裝置，其特征在于，所述第一金屬材料是鎳(Ni)。
9.根據權利要求3至8中任一項所述的機械裝置，其特征在于，所述第二金屬材料是金屬合金。
10.根據權利要求9所述的機械裝置，其特征在于，所述第二金屬材料是包括銀(Ag)和銅(Cu)的釬焊合金比如Cusin-1ABA。
11.根據權利要求1至11中任一項所述的機械裝置，其特征在于，所述承載體通過脈沖電弧焊接連接至由硬化鋼制成的機械部件。
【文檔編號】G01L1/24GK104395724SQ201380031069
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月14日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】H.A.莫爾, J.桑登，范德, H.揚 申請人:Skf公司