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Poster-Präsentation

Dünnschichtsensoren zur Temperaturmessung im Mischreibungskontakt

Wednesday (22.05.2019)
16:06 - 16:10 Uhr
Bestandteil von:


Die Optimierung von wälzbeanspruchten geschmierten Tribosystemen hinsichtlich Reibung und Verschleiß ist aufgrund der komplexen mechanischen, chemischen und thermischen Beanspruchungen der oberflächennahen Bereiche eine ingenieurtechnische Herausforderung. Zur Generierung von Temperaturdaten für den Abgleich zwischen Modell und Experiment werden in besonders stark belasteten Kontakten, wie etwa im Mischreibungsgebiet, multifunktionale Dünnschichtsysteme als Oberflächenbeschichtung aufgebracht, welche eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit mit sensorischen Eigenschaften vereinen.

Das Schichtsystem ist wie folgt aufgebaut: Auf einer elektrisch isolierenden und tribologisch beständigen, per PVD (Physical Vapour Deposition) auf die polierte Oberfläche eines Stahlsubstrats abgeschiedenen Aluminiumoxid (Al2O3)-Grundschicht wird eine elektrisch leitfähige Metallschicht aus Chrom aufgebracht. Die Strukturierung dieser Schicht erfolgt per Fotolithografie und wird mit einer neu entwickelten Strategie kombiniert, die es ermöglicht, auch auf dreidimensionalen Oberflächen Strukturgrößen von minimal 10 µm zu erreichen. Dadurch lassen sich sehr temperaturempfindliche Sensoren mit einer verbesserten Ortsauflösung realisieren. Abschließend wird eine elektrisch isolierende und vor Verschleiß schützende Deckschicht abgeschieden.

Durch Ausnutzung der thermoresistiven Eigenschaft des Chroms kann nach vorheriger Bestimmung der linearen Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes einer Sensorstruktur von der Temperatur die Messung ihres Leiterbahnwiderstandes, z.B. im Mäanderdesign, direkt dazu verwendet werden die Temperatur der Oberfläche zu bestimmen.

Somit besitzt das sensorische Dünnschichtsystem optimale Eigenschaften, um es zukünftig auf komplexen Oberflächengeometrien und zudem direkt in den Kontaktbereich von beispielsweise Wälzlagern oder Zahnrädern aufzubringen. Die Geometrie der Sensorstrukturen lässt sich dabei an die geforderten Bedingungen individuell anpassen.

 

Sprecher/Referent:
Marcel Plogmeyer
Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Saskia Biehl
    Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
  • Nancy Paetsch
    Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
  • Prof. Dr. Günter Bräuer
    Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST