DE102004019742A1

DE102004019742A1 - Method for monitoring reduction of a surface especially a bearing surface has an array of embedded electric contacts at staggered depths

Info

Publication number: DE102004019742A1
Application number: DE102004019742A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Grundmann; Holger Dipl.-Ing. Lüthje
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Borsig GmbH
Current assignee: Borsig GmbH
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-11-17

Abstract

A method for monitoring the reduction of a surface, especially a bearing surface, has an array of thin film electric contacts (12) embedded in the bearing (21) with the contact ends (13) at different depths in a staggered array. The contacts are linked to resistances and/or LC circuits and connected to a multiplexer (15) which checks each circuit cyclically. As the bearing layer is abraded the contact points are progressively shorted to earth.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Verschleißes einer Oberfläche auf mechanischen Komponenten mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.The The invention relates to a device for monitoring the wear of a surface on mechanical components with the characteristics of the preamble of claim 1.

In der DE 43 12 354 C1 wird ein Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils offenbart, der als Stift mit einer Reihenschaltung von Widerständen beschrieben wird, wobei die Widerstände überbrückt sind. Die Messung erfolgt durch Durchtrennung der geschlossenen Überbrückungsleiterbahnen. Alternativ ist eine Parallelschaltung von elektrischen Elementen (Kondensatoren) offenbart. Es wird ebenfalls eine mehrfache Anwendung (Stapelung) von einzelnen Substraten mit Leiterbahnen (Chips) beschrieben. Der Abstand der Leiterbahnen und deren Breite wird mit 10 μm angegeben. Da der bekannte Sensor auf einer Durchtrennung der Leiterbahnen basiert, ist die Auflösung auf ca. 20 μm begrenzt. Auch die Stapelung einzelner Chips führt kaum zu einer Erhöhung der Auflösung, da die relative Lage der einzelnen Chips (Substrate mit Leiterbahnen) nur mechanisch justiert werden kann und somit sehr ungenau ist. Mechanische Anschlagjustierungen sind ebenfalls auf ca. 20 μm limitiert.In the DE 43 12 354 C1 discloses a sensor for measuring the wear of the surface of a machine part, which is described as a pin with a series circuit of resistors, wherein the resistors are bridged. The measurement is carried out by severing the closed bridging conductor tracks. Alternatively, a parallel connection of electrical elements (capacitors) is disclosed. It also describes a multiple application (stacking) of individual substrates with printed conductors (chips). The distance between the tracks and their width is given as 10 μm. Since the known sensor is based on a separation of the tracks, the resolution is limited to about 20 microns. Also, the stacking of individual chips hardly leads to an increase in the resolution, since the relative position of the individual chips (substrates with interconnects) can only be adjusted mechanically and thus is very inaccurate. Mechanical stop adjustments are also limited to approx. 20 μm.

Aus der DE 198 10 674 ist eine Anordnung mit mehreren Verschleißsensoren zur Erfassung des Verschleißes von Werkzeugen bekannt, die so aufgebaut ist, dass die Verschleißsensoren ortsauflösend sind. Hierzu sind die Verschleißsensoren als Leiterstrukturen eines elektrischen Leitersystems ausgebildet und in einer Gruppe zusammengeschaltet, die über zwei Kontaktstellen mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist. Die Verschleißsensoren werden mit Hilfe der Dünnschichttechnologie nach dem PVD-Verfahren hergestellt.From the DE 198 10 674 An arrangement with a plurality of wear sensors for detecting the wear of tools is known, which is constructed so that the wear sensors are spatially resolving. For this purpose, the wear sensors are formed as conductor structures of an electrical conductor system and interconnected in a group which is connected via two contact points with an evaluation device. The wear sensors are manufactured using thin-film technology using the PVD process.

Verschleiß tritt bei Werkzeugen zur Zerkleinerung von Material und zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken sowie in Granulatoren, insbesondere Unterwassergranuliereinrichtungen ( EP 1 275 483 A1 , EP 1 334 813 A1 ) zur Herstellung von Kunststoffgranulaten auf. Bei diesen Granulatoren wird ein Kunststoffpulver in einem Extruder aufgeschmolzen. Die bei der Aufschmelzung entstehende Kunststoffschmelze wird anschließend unter hohem Druck und erhöhter Temperatur, durch die Bohrungen der Lochplatte in eine Kammer gedrückt, welche von Wasser durchströmt wird. Innerhalb der Kammer werden schnell rotierende Messer über die Lochplatte geführt, durch welche die zuvor in den Bohrungen geformten Kunststoffstränge beim Austritt aus der Lochplatte in kleine Granulate geschnitten werden. Innerhalb der Kammer kühlt das Wasser die Kunststoffgranulate ab und transportiert zugleich die Kunststoffgranulate aus der Kammer ab.Wear occurs in tools for comminuting material and for machining workpieces, as well as in granulators, in particular underwater granulators ( EP 1 275 483 A1 . EP 1 334 813 A1 ) for the production of plastic granules. In these granulators, a plastic powder is melted in an extruder. The resulting during the melting plastic melt is then pressed under high pressure and elevated temperature, through the holes in the perforated plate in a chamber which is traversed by water. Inside the chamber, rotating blades are quickly guided over the perforated plate, through which the plastic strands previously formed in the bores are cut into small granules on exit from the perforated plate. Within the chamber, the water cools the plastic granules and at the same time transports the plastic granules out of the chamber.

Die Messer berühren während des Granuliervorganges die Oberfläche der Lochplatte mit einem unterschiedlichen hohen Anpressdruck und bewirken einen stetigen Verschleiß auf der Lochplatte sowie auf der Schnittfläche der Messer. Die Härte der Messer ist im Regelfall geringer als die des Verschleißschutzes der Lochplatte, Bei den bekannten Unterwassergranuliereinrichtungen ( EP 1 275 483 A1 , EP 1 334 813 A1 ) sind auf der von Messern bestrichenen Oberfläche der Lochplatte nach dem PVD-Verfahren (physikalische Gasphasenabscheidung) extrem dünne, Hartstoffverbindungen enthaltene Verschleißschichten mit einer Dicke. von beispielsweise 2 μm bis 20 μm aufgebracht.The blades touch the surface of the perforated plate during the granulation process with a different high contact pressure and cause a constant wear on the perforated plate and on the cutting surface of the knife. The hardness of the knife is usually lower than that of the wear protection of the perforated plate, in the known Unterwassergranuliereinrichtungen ( EP 1 275 483 A1 . EP 1 334 813 A1 ) are on the surface of the perforated plate coated by knives according to the PVD method (physical vapor deposition) extremely thin, hard material compounds containing wear layers with a thickness. applied, for example, 2 microns to 20 microns.

Trotz der hohen Härten der nach dem PVD-Verfahren aufgebrachten Verschleißschichten kann ein kontinuierlicher Abtrag oder ein außergewöhnlicher Abtrag durch die Messer nicht vermieden werden. Dieser Schichtabtrag muss im Betrieb zuverlässig gemessen werden können, um eine stabile Betriebsweise zu gewährleisten. Zurzeit kann die PVD-Schichtdicke nicht direkt am Bauteil während des Betriebes gemessen werden. Die Restdicke der PVD-Verschleißschicht ist jedoch eine wichtige Kenngröße, da hierdurch eine Aussage über die noch verbleibende Betriebsdauer möglich ist. Durch die Kenntnis der verbleibenden Dicke der PVD-Verschleißschicht kann weiterhin eine weitergehende Schädigung der aufgebrachten Schichten im Bereich der Plasmanitrierung frühzeitig erkannt und vermieden werden.In spite of high hardness the applied by the PVD process wear layers can a continuous removal or an extraordinary removal by the knives can not be avoided. This layer removal must be reliably measured during operation can be to ensure a stable operation. At present, the PVD layer thickness not directly on the component during the Operation be measured. The residual thickness of the PVD wear layer However, this is an important parameter, as a result a statement about the remaining operating time is possible. By the knowledge the remaining thickness of the PVD wear layer can further damage the applied layers detected early in the field of plasma nitriding and avoided become.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass der Verschleiß der Oberfläche mit einer sehr hohen Auflösung überwacht werden kann.Of the Invention is the object of the generic device form so that the wear of the surface with monitored at a very high resolution can be.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The Task is in a generic device according to the invention the characterizing features of claim 1 solved. advantageous Embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bei einem Kontakt der offenen Leiterbahn mit der Verschleiß erzeugenden Komponente ein Schaltkreis geschlossen, durch den ein messbarer Strom fließt. Da es im Unterschied zum Stand der Technik nicht auf eine Durchtrennunq der Leiterbahn ankommt, kann die Breite der Leiterbahn sehr gering gehalten werden, woraus sich eine sehr hohe Auflösung ergibt.at the device according to the invention is at a contact of the open trace with the wear-generating Component closed a circuit through which a measurable Electricity flows. There unlike the prior art, it does not indicate a severance the conductor track arrives, the width of the track can be very low be held, resulting in a very high resolution.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:Several embodiments The invention is illustrated in the drawings and will be described below explained in more detail. It demonstrate:

1 einen Längsschnitt durch eine Unterwassergranuliereinrichtung, 1 a longitudinal section through an underwater granulating,

2 die Draufsicht auf die Lochplatte einer Unterwassergranuliereinrichtung gemäß 1 von der Innenseite her, 2 the top view of the perforated plate of an underwater granulating according to 1 from the inside,

3 einen Querschnitt durch die Lochplatte gemäß 2 in Gestalt eines vergrößerten Ausschnittes, 3 a cross section through the perforated plate according to 2 in the form of an enlarged section,

4 die ausschnittsweise Draufsicht auf eine Lochplatte gemäß 2, 4 the fragmentary plan view of a perforated plate according to 2 .

5 den prinzipiellen Aufbau eines in die Verschleißschicht der Lochplatte gemäß 2 eingesetzten Dünnschichtsensors, 5 the basic structure of a in the wear layer of the perforated plate according to 2 used thin film sensor,

6 die prinzipielle Messschaltung eines Dünnschichtsensors gemäß 5, 6 the principle measurement circuit of a thin film sensor according to 5 .

7 die prinzipielle Messschaltung eines anderen Dünnschichtsensors gemäß 5, 7 the principle measurement circuit of another thin-film sensor according to 5 .

8 einen Dünnschichtsensor mit einer einzigen Leiterbahn, 8th a thin film sensor with a single trace,

9 einen Dünnschichtsensor mit mehreren übereinander angeordneten Leiterbahnen, 9 a thin-film sensor with a plurality of conductor tracks arranged one above the other,

10 die Seitenansicht einer Lochplatte mit einem darauf angebrachten Dünnschichtsensor und 10 the side view of a perforated plate with a thin film sensor mounted thereon and

11 die Draufsicht auf den Dünnschichtsensor gemäß 10. 11 the top view of the thin film sensor according to 10 ,

Die nachfolgend beschriebene Erfindung ist für die Überwachung des Verschleißes der Oberfläche auf mechanischen Komponenten bestimmt. Ein solcher Verschleiß kann mechanischen Abtrag oder Erosion hervorgerufen werden. Die mechanischen Komponenten sind beispielsweise Werkzeuge zur Zerkleinerung von Materialien oder zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken. Zum Schutz der Oberfläche der mechanischen Komponenten kann diese mit einer Verschleißschicht beschichtet sein.The The invention described below is for monitoring the wear of the surface determined on mechanical components. Such wear can be mechanical Removal or erosion are caused. The mechanical components are, for example, tools for shredding materials or for machining workpieces. To protect the surface of the Mechanical components can do this with a wear layer be coated.

Die mechanischen Komponenten können auch Teile eines Granulators, insbesondere einer Unterwassergranuliereinrichtung zur Extrusion von Kunststoffen sein, die in 1 dargestellt ist: Diese Unterwassergranuliereinrichtung besteht aus einer Granulier- oder Lochplatte 1, einer Wasserkammer 2 und einem Messerhalter 3. Die Wasserkammer 2 ist von Wasser durchströmt und zu diesem Zweck mit einem Wasserzulauf 4 und einem Wasserablauf 5 versehen. Die Wasserkammer 2 ist auf einer Seite von der Lochplatte 1 begrenzt. In der Lochplatte 1 sind Kanäle 6 angeordnet, die sich gleichmäßig über einen auf der Lochplatte 1 gedachten Kreis verteilen. Zur Wasserkammer 2 hin enden die Kanäle 6 jeweils in einer oder zwei Reihen von Düsen 7. Der Messerhalter 3 ist auf einer angetriebenen rotierenden Welle 8 befestigt, die durch eine Wand der Wasserkammer 2 abgedichtet hindurchgeführt ist. Der Messerhalter 3 trägt Messer 9, die mit hoher Geschwindigkeit den mit Düsen 7 versehenen Bereich der Lochplatte 1 überstreichen.The mechanical components may also be parts of a granulator, in particular an underwater granulator for the extrusion of plastics, which in 1 is shown: This Unterwassergranuliereinrichtung consists of a granulating or perforated plate 1 , a water chamber 2 and a knife holder 3 , The water chamber 2 is traversed by water and for this purpose with a water inlet 4 and a water drain 5 Mistake. The water chamber 2 is on one side of the perforated plate 1 limited. In the perforated plate 1 are channels 6 arranged evenly over one on the perforated plate 1 distribute imaginary circle. To the water chamber 2 towards the end of the channels 6 each in one or two rows of nozzles 7 , The knife holder 3 is on a powered rotating shaft 8th fastened by a wall of the water chamber 2 sealed passed. The knife holder 3 carries knives 9 at high speed with nozzles 7 provided area of the perforated plate 1 sweep.

An die Lochplatte 1 der Unterwasserpelletiereinrichtung ist ein nicht gezeigter Extruder angeschlossen, der eine Kunststoffschmelze mit hohem Druck und erhöhter Temperatur durch die Kanäle 6 und die sich anschließenden Düsen 7 in die Wasserkammer 2 drückt. Die schnell rotierenden Messer 9 schneiden die aus den Düsen 7 austretenden Kunststoffstränge in kleine Granulate, die durch das Wasser gekühlt und verfestigt werden.To the perforated plate 1 the underwater pelletizer is connected to an extruder, not shown, which supplies a plastic melt of high pressure and elevated temperature through the channels 6 and the adjoining nozzles 7 in the water chamber 2 suppressed. The fast rotating knives 9 cut those out of the nozzles 7 emerging plastic strands into small granules, which are cooled by the water and solidified.

Die Oberfläche der Lochplatte 1 unterliegt durch den Kontakt mit den Messern 9 einem hohen Verschleiß. Um dem Verschleiß entgegen zu wirken, ist die Oberfläche der Lochplatte 1 mit einer extrem dünnen, harten Verschleißschicht 10 in einer Dicke von 2 μm bis 20 μm versehen, die nach dem Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) oder der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) aufgetragen werden kann.The surface of the perforated plate 1 subject to contact with the knives 9 a high wear. To counteract the wear, the surface of the perforated plate 1 with an extremely thin, hard wear layer 10 in a thickness of 2 microns to 20 microns, which can be applied by the method of physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD).

Zur fortlaufenden Messung des Verschleißes ist in die Verschleißschicht 10 zwischen zwei benachbarten Reihen von Düsen 7 mindestens ein als Dünnschichtsensor ausgebildeter Sensor 11 lösbar oder unlösbar installiert. Die Anzahl der Sensoren 11 ist von der Größe der Lochplatte 1 und der Anzahl der Messer 9 abhängig und kann variabel festgelegt werden.For continuous measurement of wear is in the wear layer 10 between two adjacent rows of nozzles 7 at least one sensor designed as a thin-film sensor 11 detachably or permanently installed. The number of sensors 11 is the size of the perforated plate 1 and the number of knives 9 dependent and can be set variably.

Wie in der 4 gezeigt ist, kann zwischen zwei Reihen von Düsen 7 eine Reihe von aneinander anstoßenden Sensoren 11 vorgesehen werden, wobei die Länge der Sensorenreihe der Länge der Düsenreihe entsprechen kann. Wie in der 4 weiter angedeutet ist, können auch zwischen zwei benachbarten Reihen von Düsen 7 mehrere, z. B. zwei oder drei Sensoren 11 mit Abstand voneinander angeordnet werden. Diese einzelnen Sensoren 11 oder die Reihe von Sensoren 11 sind über die Oberfläche der Lochplatte 1 mehrfach vorhanden. Vorzugsweise ist in jedem Viertelsegment der Lochplatte 1 jeweils zwischen zwei benachbarten Reihen von Düsen 7 eine Sensorenreihe oder eine Folge von mit Abstand von einander angeordneten Sensoren 11 vorgesehen.Like in the 4 shown can be between two rows of nozzles 7 a series of abutting sensors 11 may be provided, wherein the length of the sensor row may correspond to the length of the nozzle row. Like in the 4 can be further indicated, also between two adjacent rows of nozzles 7 several, z. B. two or three sensors 11 be spaced apart. These individual sensors 11 or the series of sensors 11 are above the surface of the perforated plate 1 multiple available. Preferably, in each quarter segment of the perforated plate 1 each between two adjacent rows of nozzles 7 a series of sensors or a series of spaced-apart sensors 11 intended.

Die im Folgenden näher beschriebenen Dünnschichtsensoren 11 sind auf einem Trägersubstrat 21 aufgebracht und können außer in der Verschleißschicht 10 der Lochplatte 1 der Unterwassergranuliereinrichtung gemäß 1 auch in Verschleißschichten von anderen Werkzeugen, z.B. zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, installiert werden. Die Dünnschichtsensoren 11 enthalten eine oder mehrere offene, elektrische Leiterbahnen 12, die fingerartig ausgebildet und in eine Isolierschicht eingebettet sind. Die Verschleißfestigkeit der Isolierschicht und des Trägersubstrats 21 entspricht weitgehend der Verschleißfestigkeit der Verschleißschicht 10 Die Spitzen 13 der fingerartig ausgebildeten Leiterbahnen 12 verjüngen sich in der Breite. Dabei sind, wie in der 5 angedeutet, verschiedene Ausführungsformen möglich, z.B. eine gradlinig einseitig zulaufende Spitze 13a, eine gradlinig symmetrisch zulaufende Spitze 13b, eine abgerundete, halbkreisförmige Spitze 13c oder eine vorspringende stark eingezogene Spitze 13d.The thin-film sensors described in more detail below 11 are on a carrier substrate 21 Applied and can except in the wear layer 10 the perforated plate 1 the underwater granulating according to 1 also be installed in wear layers of other tools, eg for machining workpieces. The thin-film sensors 11 contain one or more open, electrical conductors 12 formed finger-like and embedded in an insulating layer. The wear resistance of the insulating layer and the carrier substrate 21 largely corresponds to the wear resistance of the wear layer 10 The tips 13 the finger-like conductor tracks 12 rejuvenate in width. Here are, as in the 5 indicated, various embodiments possible, for example, a straight one-sided tip 13a , a rectilinearly symmetrical tip 13b , a rounded, semi-circular tip 13c or a projecting heavily recessed tip 13d ,

Wie in 5 weiter gezeigt, sind die Leiterbahnen 12 mit einem Vorwiderstand verbunden, der ein Ohmscher Widerstand R (R₁ bis R₇), ein Kondensator C, eine Spule L oder eine Kombination aus Ohmschen Widerstand R und Kondensator C sein kann. Zur Identifizierung der einzelnen Leiterbahnen 12 weisen die ihnen zugeordneten Vorwiderstände unterschiedliche Impedanzwerte (kapazitiv oder induktiv) und unterschiedliche Wirkwiderstände auf. Die den Verschleiß erzeugenden Messer 9 oder ein anderes Teil der Unterwassergranuliereinrichtung ist elektrisch an Masse gelegt. Berührt mit zunehmendem Verschleiß der Verschleißschicht 10 das Messer 9 die Spitze 13 einer Leiterbahn 12, so entsteht ein Kurzschluss, so dass in dem so entstandenen elektrischen Schaltkreis ein Strom fließt, der gemessen wird.As in 5 further shown are the tracks 12 connected to a series resistor, which may be an ohmic resistor R (R ₁ to R ₇ ), a capacitor C, a coil L or a combination of ohmic resistor R and capacitor C. To identify the individual tracks 12 have their associated series resistors different impedance values (capacitive or inductive) and different resistances on. The wear-producing knife 9 or another part of the underwater granulator is electrically grounded. Touched with increasing wear of the wear layer 10 the knife 9 the summit 13 a trace 12 Thus, a short circuit occurs, so that flows in the resulting electrical circuit, a current that is measured.

Die Vorwiderstände R sind jeweils über einen Leiter zu einem Multiplexer 15 oder zu einem externen Anschluss 14 geführt. Der Multiplexer 15 ist mit einem Anschluss für eine Spannungsversorgung 16 und mit einem Anschluss für einen Signalausgang 17 versehen. Der Multiplexer 15 verbindet nacheinander jede Leiterbahn 12 mit der Messschaltung und tastet so jede Leiterbahn 12 ab. Bei einem Kontakt einer Leiterbahn 12 mit dem auf Masse liegenden Messer 9 der Unterwassergranuliereinrichtung wird ein Stromfluss gemessen, der dem jeweiligen Vorwiderstand R zuzuordnen ist. Die nicht kontaktierten Leiterbahnen 12 weisen einen extrem hohen Widerstand auf. Es fließt dann auch kein Strom durch die Schaltung. Bei einem Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken wird der Kontakt dadurch ausgeläst, dass das an Masse liegende Werkstück die Spitze 13 der in der Verschleißschicht 10 des Werkzeuges liegendem Leiterbahn 12 berührt.The series resistors R are each a conductor to a multiplexer 15 or to an external connection 14 guided. The multiplexer 15 is with a connection for a power supply 16 and with a connector for a signal output 17 Mistake. The multiplexer 15 connects each trace in turn 12 with the measuring circuit and thus scans each trace 12 from. At a contact of a conductor track 12 with the knife lying on ground 9 the underwater granulating device, a current flow is measured, which is assigned to the respective series resistor R. The non-contacted tracks 12 have an extremely high resistance. Then no current flows through the circuit. In a tool for machining workpieces, the contact is canceled out by the fact that the workpiece lying at ground the tip 13 in the wear layer 10 of the tool lying track 12 touched.

Die verschiedenartig ausgebildeten Spitzen 13a bis 13d der auf dem Trägersubstrat 21 aufgebrachten Leiterbahnen 12 können gemäß 6 über Widerstände R₁ bis R₇ parallel geschaltet und in einen Schaltkreis eingebunden sein, in dem eine Spannungsquelle 18 und ein Messinstrument 19 angeordnet sind.The differently shaped tips 13a to 13d on the carrier substrate 21 applied conductor tracks 12 can according to 6 be connected in parallel via resistors R ₁ to R ₇ and incorporated in a circuit in which a voltage source 18 and a measuring instrument 19 are arranged.

7 zeigt einen auf einem Trägersubstrat 21 aufgebrachten Dünnschichtsensor 11, der mit mehrere mit fingerartigen Spitzen 13 ausgebildete Leiterbahnen 12 enthält, die in einem vorgegebenen und voneinander unterschiedlichen Abstand von der Oberfläche der Verschleißschicht 10 angeordnet sind. Die zu den Leiterbahnen 12 gehörenden Vorwiderstände R₁ bis R₉ weisen voneinander abweichende Widerstandswerte auf. Dabei sind die Vorwiderstände über Leiter wieder zu einem Multiplexer 15 mit einer Spannungsversorgung 16 und einem Anschluss für einen Signalausgang 17 geführt. 7 shows one on a carrier substrate 21 applied thin film sensor 11 that with several with finger-like tips 13 Trained tracks 12 contains, in a predetermined and mutually different distance from the surface of the wear layer 10 are arranged. The to the tracks 12 belonging resistors R ₁ to R ₉ have different resistance values. The series resistors via conductor are again a multiplexer 15 with a power supply 16 and a connector for a signal output 17 guided.

Der in 8 dargestellte, auf einem Trägersubstrat 21 aufgebrachte Dünnschichtsensor 11 enthält eine einzige mit einer Spitze 13 ausgebildete Leiterbahn 12, die mit einem hochohmigen Vorwiderstand R₁ in Mäanderstruktur versehen und über einen Leiter mit einem weiteren möglichen Vorwiderstand R, einem Messgerät 19 und einer Spannungsversorgung 18 verbunden ist.The in 8th shown on a carrier substrate 21 applied thin film sensor 11 contains a single with a tip 13 Traced conductor 12 , which are provided with a high-impedance resistor R ₁ in a meandering structure and a conductor with a further possible series resistor R, a measuring device 19 and a power supply 18 connected is.

Die 9 zeigt eine Mehrlagenanordnung von Dünnschichtsensor 11. Dabei sind auf dem Trägersubstrat 21 aufgebrachte, in mehreren Ebenen übereinander die fingerartig ausgebildeten Leiterbahnen 12 angeordnet. Zwischen diesen Ebenen ist jeweils eine Isolierschicht 20 vorgesehen.The 9 shows a multilayer arrangement of thin film sensor 11 , These are on the carrier substrate 21 applied, in several levels one above the other finger-like conductor tracks 12 arranged. Between these levels is an insulating layer 20 intended.

Gemäß 10 können bei einem Dünnschichtsensor 11 die Leiterbahnen 12 gleicher Dicke auch in der Verschleißschicht 10 schräg zu dem Verschleiß erzeugenden Messer 9 angeordnet werden.According to 10 can with a thin-film sensor 11 the tracks 12 the same thickness in the wear layer 10 obliquely to the wear-producing knife 9 to be ordered.

Die einzelnen Ebenen sind durch eine Isolierschicht 20 getrennt und werden mit einem vorgegebenen Versatz nach 11 zueinander justiert, so dass eine Genauigkeit der Verschleißmessung unterhalb von 1 μm erfolgen kann.The individual levels are through an insulating layer 20 separated and become with a predetermined offset 11 adjusted to each other, so that an accuracy of the wear measurement can be done below 1 micron.

Die Leiterbahnen 12 werden auf ein Trägersubstrat 21, das aus Keramik, Silizium oder Metall wie Stahl besteht, z.B. mit Hilfe von Fotomasken aufgebracht. Die Fotomasken können in extrem hoher Genauigkeit und Auflösung mit Elektronenstrahlschreibern hergestellt werden.The tracks 12 be on a carrier substrate 21 , which consists of ceramic, silicon or metal such as steel, for example, applied with the aid of photomasks. The photomasks can be manufactured with extremely high accuracy and resolution with electron beam recorders.

Die Vorwiderstande R können als diskrete Bauelemente in bekannter Leiterplattentechnik auf ein Trägersubstrat 21. aufgebracht werden oder in integrierter Form auf einem Si-Chip mit bekannten Verfahren der Halbleitertechnik hergestellt werden. Eine weitere, bevorzugte Lösung besteht darin, dass die Widerstände als Dünnschichtschaltung direkt auf dem Trägersubstrat 21 für die den Verschleiß überwachenden Sensoren 11 erzeugt werden, zusammen mit den elektrischen Leitungen und den fingerartig ausgebildeten Leiterbahnen 12. Dazu kann der Widerstand R aus (unterschiedlichen) hochohmigen Materialien gebildet werden und/oder durch eine entsprechende Mikrostrukturierung. Bewährt haben sich dazu Mäanderstrukturen aus z. B. sehr dünnen Schichten aus Cr, Ti, TiN, CrNi, Ni, W, Ta, etc. Die Schichtdicke kann zwischen 10 nm und 1 μm liegen.The series resistor R can as discrete components in known printed circuit board technology on a carrier substrate 21 , be applied or produced in an integrated form on a Si chip with known methods of semiconductor technology. Another preferred solution is that the resistors as a thin-film circuit directly on the carrier substrate 21 for the wear monitoring sensors 11 be generated, together with the electrical wires and the finger-like conductor tracks 12 , For this purpose, the resistor R from (different) high-resistance materials are formed and / or by an ent speaking microstructuring. Have proven to meander structures of z. B. very thin layers of Cr, Ti, TiN, CrNi, Ni, W, Ta, etc. The layer thickness can be between 10 nm and 1 micron.

Claims

Device for monitoring the wear of a surface on mechanical components which are in dynamic contact with each other by means of thin-film sensors installed in the surface of the one component ( 11 ), characterized in that the thin-film sensor ( 11 ) from at least one open electrical track ( 12 ), which is connected to a resistor (R) and embedded in an insulating layer and which closes in contact with the mechanical component to a closed electrical circuit.

Device according to Claim 1, characterized in that the open electrical conductor tracks ( 12 ) are formed finger-like and are arranged at a predetermined distance from the surface.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the open electrical conductor tracks ( 12 ) a peak ( 13 ), which tapers in width.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the open electrical conductor tracks ( 12 ) and the insulating layer are applied on a carrier substance and that the wear resistance of the insulating layer and the carrier substance is substantially as large as the wear resistance of the surface.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the thin-film sensor ( 11 ) a plurality of each connected to a resistor (R) open, electrical interconnects ( 12 ), which are arranged side by side and that the tips ( 13 ) of the tracks ( 12 ) are arranged at a stepped and predetermined distance from the surface.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the individual open, electrical conductor tracks ( 12 ) associated resistors of different values.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized. in that a plurality of layers with finger-like juxtaposed open, electrical conductor tracks ( 12 ) are arranged one above the other and separated by a respective insulating layer.

Device according to claim 7, characterized in that that the layers offset from each other by a predetermined amount are arranged.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a plurality of open, electrical conductor tracks ( 12 ) with a multiplexer ( 15 ) are connected.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that on the surface of an extremely thin wear layer ( 10 ) is applied.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the electrical conductor tracks 12 of the thin-film sensors ( 11 ) receiving wear layer ( 10 ) on one of one or more knives. coated perforated plate of a granulating device is applied and that over the cross section of the perforated plate ( 1 ) distributes several thin-film sensors ( 11 ) are arranged.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the electrical conductor tracks 12 of the thin-film sensors ( 11 ) receiving wear layer ( 10 ) is applied to a tool for comminuting material or for machining workpieces.