Hintergrund der Erfindung Aus DE 101 36 438 A1 ist ein Wälzlager bekannt, an dem zur Ermittlung physi- kalischer Größen Sensoren befestigt sind. Mit den Sensoren werden auf die Lagerringe des Wälzlagers wirkenden Kräfte und Momente, zum Beispiel elas- tische Verformungen aus Wälzkontakten, erfasst. Die Sensoren sind als Dehnmesswiderstände ausgebildet und vorzugsweise in einer Nut am Umfang eines der Lagerringe befestigt. Diese Dehnmesswiderstände sind über eine Isolationsschicht auf einem metallischen Zwischenträger aufgebracht. Ein wei- teres Trägermaterial ist als Schaltungsträger ausgebildet und umgibt den metal-

lischen Zwischenträger mit den Dehnmessstreifen. Der Schaltungsträger nimmt elektronische Bauteile und Leiterbahnen auf. Die Zwischenträgerschicht und die Schaltungsträgerschicht sind an dem Lagerring in die Nut eingepresst oder mit der Nut verschweißt.

In DE 101 36 438 A1 sind als Voll-oder auch Halbbrückenschaltungen erschal- tete Dehnmesswiderstände auf einem metallischen Zwischenträger beschrie- ben. Weiter nimmt das Wälzlager nach DE 101 36 438 A1 elektronische Bau- elemente für die Auswertung der Sensorsignale und für die Übertragung dieser zu weiteren Messstellen oder zu einem Anschlussstecker bzw. zu einer Schal- tung für die Auswertung der Signale auf. Die Übertragung der Signale in die- sem Wälzlager wird dabei über Digital-oder Analogbussysteme, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, vorgenommen.

Die Nut zur Aufnahme des zuvor beschriebenen Systems zur Datenerfassung und Datenverarbeitung ist bei der Auslegung des Lagerringes und somit auch des Wälzlagers zu berücksichtigen. Ein Wälzlager ohne ein derartiges System ist nicht ohne weiteres gegen ein mit diesem System ausgestattetes bau-und größengleiches Lager austauschbar, da die Nut zur Aufnahme des Systems den entsprechenden Lagerring erheblich schwächen kann. Messager in der Ausführung des Standes der Technik sind deshalb nicht in jedem Fall gegen größengleiche Lager ohne Messeinrichtung austauschbar, d. h. ein Wälzlager mit einem entsprechenden System ist in seinen Abmessungen in der Regel größer und kann deshalb nur nach Änderung der Umgebungskonstruktion in ein bestehendes System eingepasst werden.

Aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 103 04 592 A1 sind Wälzlager mit dem beschriebenen System an flexiblen Folien bekannt. Dabei sind die einzelnen Bauelemente und deren Verbindungen auf die Folie aufgetragen und ggf. durch die Folie hindurch über Durchkontaktierungen miteinander verbun- den. Derartige auf Folien beanspruchen zwar im Vergleich zu dem zuvor be- schriebenen Stand der Technik weniger Bauraum sind aber jedoch relativ auf- wendig herzustellen und an das Wälzlager zu montieren. Außerdem sind die

Folien relativ empfindlich gegen mechanische Einflüsse und zum Beispiel ge- gen Schmierflüssigkeiten.

Zusammenfassung der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wälzlager mit einem System zur Datenerfassung und zur Datenverarbeitung zu schaffen, das sich kostengünstig herstellen lässt, wenig Bauraum beansprucht und gegen abmessungsgleiche Wälzlager ohne ein Messsystem austauschbar ist. Weiterhin ist ein Wälzlager mit einem derartigen System zu schaffen, das gegen Umwelteinflüsse wie Stoß und Erschütterungen, gegen Flüssigkeiten, insbesondere aggressive Mittel, relativ unempfindlich und das thermisch hoch widerstandsfähig ist.

Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass das System zur Datenerfassung und zur Datenverarbeitung in einer Trä- gerschicht von stapelförmig aufeinander angeordneten und aneinander liegen- den Trägerschichten aus mindestens einem keramischen Werkstoff ausgebil- det ist. Dabei sind die Bauelemente einzeln zumindest teilweise in einer der Trägerschichten aus Keramik eingebettet. Unter dem Begriff elektronische Bauelemente Elemente wie Sensoren, Leiterelemente, Widerstände, Konden- satoren und weitere für die Sensorik, Signalübertragung und Signalauswertung notwendigen Bauelemente zusammengefasst.

Wahlweise sind die Trägerschichten Substrate für im Dickschichtverfahren oder Dünnschichtverfahren aufgetragene Bauelemente oder die Trägerschichten sind Träger von im SMD-Verfahren aufgebrachten Bauteilen. Alternativ dazu sind die Trägerschichten die mit den Schaltungen versehenen und im Dick- schichtverfahren aufgetragenen Schichten. Die Trägerschichten sind weiter Isolationsschichten und Basisschichten aus Keramik, die fundamentartig die anderen Trägeschichten des Systems aufnehmen oder abdecken und somit schützen. Diese Schichten der unterschiedlichsten Ausführung und mit den unterschiedlichen Funktionen sind lamellenartig in einem System aufeinander

gestapelt. Dabei umfasst jede der Trägerschichten zum Beispiel einen Innen- ring oder einen Außenring des Wälzlagers-bzw. ist von diesem umfasst oder ist beispielsweise axial an einem der Lagerringe angeordnet. Die Erfindung ist an Linear-und Rotativlagern und dort wiederum an Gleit-und Wälzlagern ein- setzbar.

Mit der Dickschichttechnik werden im Siebdruckverfahren dünne Schichten aus Metalloxyden (Widerstände, Leiterbahnen) auf das Substrat oder eine weitere der Trägerschichten gedruckt. Die Schichtdicke derartiger Dickschichten ist vorzugsweise 1-80 Mikrometer. Die im Siedruckverfahren aufgetragenen Pas- ten sind feinkörnige Gemenge aus anorganischen Bestandteilen in einem or- ganischen Trägermaterial, das weiterhin Metallpulver (Leitpasten), Metalloxyde (Widerstandspasten), Glasfritte oder Keramiken (Dieelektrika) enthält. Das Ma- terial wird mit dem Siebdruckverfahren auf die keramischen Substrate struktu- riert aufgebracht und dann in einzelnen Schichten oder zusammen als Stapel eingebrannt.

Alternativ werden mit der so genannten Dünnschichttechnik über Verdampfen von Metallen zur Bildung der Schaltkreise im Hochvakuum aufgetragen. Die Schichtdicke ist vorzugsweise 0, 1 um und wird jedoch beispielsweise mindes- tens noch auf 3 Mikrometer galvanisch verstärkt.

Die Leiterbahnen sind auf Edelmetallbasis, zum Beispiel aus Palladium, Silber, Platin, Gold oder aus Legierungen von diesen gebildet. Die Isolationsschicht (Dieelektrikum für sich kreuzende Leiterbahnen) ist eine Glaskeramikschicht (Glas-Keramikpaste BaTiO3, TiO2, Mg, Zn oder CaTiO3). Weiter sind in die Ke- ramikschichten Goldschicht-Pads für Bonddrähte und verschiedene Wider- standsschichten wie Schichten aus Palladiumoxyd/Silber, Iridiumoxyd/Platin- oder rutheniumhaltige Gemische vorgesehen.

Außer den Dichtschicht bzw. Dünnschichtschaltungen sind SMD-Bauteile an der Oberfläche des Systems denkbar. SMD-Bauteile sind Surface-Mounted- Devices = auf Oberflächen montierte Bauteile, für die keine Bestückungslöcher

in der entsprechenden Trägerschicht benötigt werden. Dazu wird zum Beispiel Lötpaste auf die Lötpads aufgetragen, die Bauteile werden anschließend zu den Kontakten und in der Paste positioniert und schließlich die Lötverbindung durch Schmelzen der Lötpaste hergestellt (Reflow-Lötverfahren). Ggf. werden die Verbindungen zwischen den Bauteilen durch Bonden hergestellt. Dabei sind die Bauteile mittels Drähten untereinander verbunden, wodurch auch Höhenun- terschiede zwischen den Anschlüssen einzelner zu verbindender Elemente ausgeglichen werden können. Zum Beispiel ist bei Drahtbonden Bondmaterial aus AU oder AL-SI-Legierungen eingesetzt, das durch Thermokompressions- bonden bzw. Ultraschallbonden und Kugelkeilschweißverbindungen befestigt ist. Ggf. enthält das System auch Die-Bond-Bauteile. Unter Die-Bonden ist das Aufbringen kleiner Chips zu verstehen, die ungehäuste, d. h. unverpackte Halb- leiter wie zum Beispiel Dioden und IC's, die mit Leit-oder nicht Leitkleber, durch Schweißen oder durch Löten befestigt sind. Diese Chips sind wahlweise mit den Goldbond-Pads über Aludraht oder Golddraht verdrahtet.

Mittels einer Mehrlagendrucktechnik sind mehrere der Schaltungsebenen reali- sierbar. Dabei handelt es sich um eine Abfolge von innen nach außen oder von außen nach innen aufeinander gestapelter Leiterbahnen-, Isolator-und Wider- standsschichten. Löcher für die Durchkontaktierungen sind in der Regel in die Trägerschichten mit Laser eingebracht und mit Metall ausgefüllt.

Für die Trägerschichten (Substrate) wird in der Regel Keramikpulver aus Ail203 AIN-oder BeO-Keramik eingesetzt. Das Keramikpulver wird dazu mit verschie- denen Bindern fließfähig gemacht und in Formen gespritzt oder gegossen.

Nach dem Befreien der Keramik von dem Binder werden die einzelnen Schich- ten ein oder beidseitig bestückt, mit oder ohne Durchkontaktierungen versehen aufeinander gestapelt und eingebrannt. Die Temperaturen für das Einbrennen liegen derzeit vorzugsweise in einem Bereich zwischen 500°-900° C. Die ein- zelnen Trägerschichten weisen als Trägermaterial wahlweise unter einander den gleichen keramischen Werkstoff aber auch unterschiedliche keramische Werkstoffe auf.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems zur Datenerfassung und zur Da- tenverarbeitung sind im wesentlichen : - Platzersparnis und hohe Bauteildichte - gute Wärmeableitung und Verteilung durch die Keramik, ggf. Kühlung durch gesonderte Kanäle in oder zwischen den Trägerschichten - hohe Zuverlässigkeit durch wenig Lötverbindungen - verbesserte elektrische Eigenschaften - kürzere Schaltzeiten aufgrund der hohen Bauteildichte sowie kürzerer Verbindungen - geringes Gewicht - hohe mechanische Festigkeit gegen Stoß und Vibrationen - widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen - hohe chemische Beständigkeit insbesondere gegen aggressive Medien - die automatische Herstellung derartiger Systeme ist möglich - Kostensenkung bei der Herstellung zum Beispiel durch Automatisierung.

Durch die robuste Eigenschaft von Keramik gegen äußere chemische Einflüsse ist es möglich, in der obersten Schicht bzw. in der untersten zum Lager hinge- wandten Schicht zu integrieren diese Sensoren sind beispielsweise Gassenso- ren aber auch die schon diskutierten Drucksensoren. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht deshalb das Aufbringen von Schichten oder Fasern aus Funkti- onskeramiken wie dieelektrische, piezokeramische oder auch magnetische Schichten, die bei Druck mit dem Aufbau einer elektrischen Ladung reagieren und die so die bekannten Widerstands-DMS ersetzen können.

Die Systeme sind durch Kleben oder Einpressen in eine Nut auf der entspre- chenden Oberfläche des Wälzlagers, zum Beispiel an einem Innenring, Außen- ring, einer Linearschiene eingebracht. Alternativ sind die Systeme als ein Ge- häuse o. ä. ein Bestandteil des Lagers. Die Lagerteile, auf denen die Systeme befestigt sind, sind wahlweise aus Stahl oder aus Keramik aber auch aus allen anderen denkbaren Werkstoffen hergestellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend anhand Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen im Einzelnen : Figur 1 Die schematische Darstellung eines Systems zur Datenerfassung und zur Datenverarbeitung, das auf ein nicht weiter dargestelltes Wälzlager aufgebracht ist und bei dem die einzelnen Schichten in Dickschichttechnik aufgebracht und miteinander laminiert sind- die Darstellung im Schnitt, Figur 2 das System nach Figur 1, an dem jedoch zusätzlich mit Dünn- schichttechnik aufgebrachte Strukturen ausgebildet sind, Figur 3 das System nach Figur 2 in einem Wälzlagerring Figur 4 das System nach Figur 2, an dem zusätzlich SMD-Bauelemente angeordnet sind, Figur 5 das System nach Figur 3 in einem Wälzlagerring, Figur 6 den Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Systems, mit einem Druck aktivierenden/aktiviertem Piezoelement, Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt ein System 1 zur Datenerfassung und zur Datenverarbeitung an einem nicht dargestellten Wälzlager mit den Trägerschichten 2,3, 4,5, 6. Das System ist stark vergrößert und nicht maßstäblich dargestellt. Die Unterseite 1 a

des Systems 1 liegt zum Beispiel an der Oberfläche eines Wälzlagers 25 zum Erfassen von Verformungen an dieser Oberfläche an. Das System 1 ist wahl- weise wie das System 17 (Figur 3) in eine Nut 23 eines Wälzlagerringes 22 eines Wälzlagers 25 eingebracht, wobei das System 1 zumindest teilweise an der Unterseite 1 a und an den Flanken 1c von der Nut 23 umgriffen ist. Alterna- tiv dazu ist das System 1 an den Flanken 1 c und an der Oberseite von einem Gehäuse beispielsweise aus Keramik oder einem Kunstharz bzw. aus anderen geeigneten Werkstoffen umgeben und sitzt mit der Unterseite la auf einer e- benen Oberfläche eines Wälzlagers ohne Nut.

Die Trägerschicht 2 ist eine Schicht aus Keramik an der sich das System zum Wälzlagerring abstützt. Die Trägerschicht 3 ist ein Substrat, dass in Mäander- form ausgebildete Leiterbahnen 7 und DMS 8 aufnimmt. Das Substrat ist aus Keramik. Die Trägerschicht 4 ist eine im Dickschichtverfahren aufgetragene keramische Schicht mit passiven elektrischen Bauelementen 9, wie Kondensa- toren und Widerständen.

Radial zwischen der Trägerschicht 4 und der Trägerschicht 5 ist ein Kanal 10 ausgebildet, der beispielsweise mit dem Kanal 11 in der Trägerschicht 5 ver- bunden ist. Die Kanäle 10 und 11 sind wahlweise mit einer technischen Flüs- sigkeit gefüllt.

Die Trägerschicht 5 ist eine im Dickschichtverfahren aufgetragene keramische Schicht mit elektrischen Leiterbahnen 12, einem Sensor 13, beispielsweise einem Beschleunigungssensor, wobei in der Umgebung des Sensors ein Hohl- raum 14 und die seismische Masse mit Kontaktierung 15 ausgebildet sind. Die Trägerschicht 6 schließt das System 1 radial nach außen ab und ist mit mindes- tens einem Sensor 16 als Druck-/Gassensor versehen. Der Gassensor ist sei- tens der Oberseite 1 b radial von außen zugängig.

Figur 2 zeigt mit dem System 17 eine alternative Gestaltung des Systems 1 nach Figur 1, bei dem zusätzlich außen auf die Trägerschicht 6 und an der das Wälzlager 25 berührenden Unterseite 1a weitere Bauelemente 19 mit Dünn-

schichttechnik aufgebracht sind. Derartige Bauelemente 19 sind alternativ auch auf eine der Schichten 2,3, 4 und 5 aufgetragen und somit von jeweils zwei der Schichten 2,3, 4,5 und 6 eingeschlossen. Die Bauelemente 19 sind zum Bei- spiel Sensoren und Leiter, die somit auch direkt zwischen der Oberfläche des Wälzlagers 25, an dem das System 17 fest ist, und der Trägerschicht 2 ange- ordnet sein können.

Figur 3 zeigt, wie das System 17 in einem Wälzlagerring 22 des Wälzlagers 25 verbaut ist. Dazu sitzt das System in einer Nut 23 des Wälzlagerringes 22 und ist an der Unterseite 1a und an den Flanken 1c von der Nut 23 umgeben. Die Oberseite 1 b ist wahlweise mit einer Füll-/Schutzschicht abgedeckt, in diesem Fall aber nicht abgedeckt. Zwischen dem System 17 und dem Wälzlager 25 ist eine Ausgleichsschicht (Modifizierer) 18 für thermische Dehnungsdifferenzen aufgetragen.

Das System 20 zur Datenverarbeitung und zur Datenerfassung nach Figur 4 ist alternativ zu dem System 2 zusätzlich mit SMD-Bauelementen 21, zum Beispiel ASIC's versehen. Die SMD-Bauelemente sind ungehäust auf der von der Ober- fläche des Wälzlagers abgewandten Oberseite 1 b auf die Trägerschicht 6 kon- taktiert.

Die einzelnen Trägerschichten 3,4, 5,6 sind in Dickschichtstruktur gegossen oder gespritzt, wobei die einzelnen Strukturen der Bauelemente 7,8, 9,10, 11, 12,14, 15,16, 19,21 gleichzeitig erzeugt werden. Diese Schichten 3,4, 5,6 werden miteinander laminiert. Als Ergebnis sind die Schichten 2,3, 4,5, 6 fest miteinander verbunden, jedoch ist das gesamte System weiterhin weich und formbar. Erst mit dem abschließenden Sinterprozess nimmt die Struktur aus den Schichten 2,3, 4,5, 6 dann die vorgegebene äußere Kontur (zum Beispiel den Krümmungsradius eines Außenringes) in einer entsprechenden Form, die die spätere Einbaugeometrie des Wälzlagerringes und des Gehäuses des Wälzlagers 25 vorwegnimmt, an.

Figur 5 zeigt, wie das System 20 in einem Wälzlagerring 22 verbaut ist. Dazu

sitzt das System in einer Nut 23 des Wälzlagerringes 22 und ist an der Unter- seite 20a und an den Flanken 20c von der Nut 23 umgeben. Die Nut 23 ist o- berhalb des Systems 20 mit Füllmaterial 24 aufgefüllt, das die Oberseite 20b des Systems 20 abdeckt und das die Bauelemente19, 21 teilweise einschließt.

Zwischen dem System 20 und dem Wälzlager 25 ist eine Ausgleichsschicht 18 für thermische Dehnungsdifferenzen aufgetragen.

In Figur 6 ist ein System 26 zur Datenerfassung und zur Datenverarbeitung aus den Trägerschichten 27,28, 29,30, aus einem Piezoelement 31, einem Flüs- sigkeitsspeicher 32 und Kanälen 33 und 34 dargestellt. Zwischen den Träger- schichten 28 und 29 sind die Kanäle 33 und 34 ausgebildet und wahlweise mit- einander verbunden. Der Kanal 33 führt zu dem Flüssigkeitsspeicher 32, der mit einer Druckflüssigkeit 35 gefüllt ist. Das Piezoelement 31 ist wahlweise als Aktuator ausgebildet, mit dem durch Anlegen einer Spannung die Druck- Flüssigkeit 35 in die Kanäle 33,34 gedrückt werden kann oder ist als Sensor ausgelegt, der durch den Druck in dem Flüssigkeitsspeicher 32 aus den Kanä- len 33 und 34 in ein Spannungssignal umsetzt und somit den Druck misst.

Bezugszeichen 1 System 1 a Unterseite 1 b Oberseite 1 c Flanken 2 Trägerschicht 3 Trägerschicht 4 Trägerschicht 5 Trägerschicht 6 Trägerschicht 7 Leiterbahnen 8 DMS 9 Passive Bauelemente 10 Kanal 11 Kanal 12 Leiterbahnen 13 Sensor 14 Hohlraum 15 Kontaktierung 16 Sensor 17 System 18 Ausgleichsschicht 19 Bauelement 20 System 20a Unterseite 20b Oberseite 20c Flanken 21 SMD-Bauelemente 22 Wälzlagerring 23 Nut 24 Füllmaterial 25 Wälzlager 26 System 27 Trägerschichten 28 Trägerschichten 29 Trägerschichten 30 Trägerschichten 31 Piezoelement 32 Flüssigkeitsspeicher 33 Kanal 34 Kanal 35 Druckflüssigkeit