DE10253178A1 - Use of a layer made from diamond-like carbon as temperature sensor in machine components and tools - Google Patents

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Abstract

Use of a layer made from diamond-like carbon as temperature sensor.

Description

Die Erfindung betrifft die neuartige Verwendung einer Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff als Temperatursensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Sensor lässt sich gleichfalls zur gleichzeitigen Kontrolle bzw. Messung von Temperatur und einwirkender Kraft an oder in Maschinen und Maschinenkomponenten sowie Werkzeugen anwenden. Hierbei eignet sich die Erfindung insbesondere für Messungen an schlecht zugänglichen Stellen, so an Kontaktflächen zwischen zwei flächig aufliegenden Gegenständen.The invention relates to the novel Use of a layer of diamond-like carbon as a temperature sensor with the features of claim 1. The sensor can also be used for simultaneous Control or measurement of temperature and acting force or use in machines and machine components as well as tools. Here, the invention is particularly suitable for measurements on poorly accessible Places, so on contact surfaces between two areas objects on top.

Die DE 44 19 393 A1 lehrt den Einsatz eines Werkzeugs für Umform- und Zerspanungsvorrichtungen, auf deren Oberfläche oder als Zwischenschicht mindestens ein Sensor in Dünnschichttechnik aufgebracht ist der die Temperatur erfasst. Auf diesen Dünnschichtsensor wird eine Verschleißschutzschicht aufgebracht um den tribologisch beanspruchten Bereich vor Verschleiß zu schützen.The DE 44 19 393 A1 teaches the use of a tool for forming and machining devices, on the surface or as an intermediate layer of which at least one sensor is applied using thin-film technology that detects the temperature. A wear protection layer is applied to this thin film sensor to protect the tribologically stressed area from wear.

Die EP 1 058 106 A1 offenbart eine Wälzpaarung mit zwei gegeneinander laufenden druckbelasteten Wälzelementen, wobei auf der Oberfläche mindestens eines der Wälzelemente mindestens ein Dünnschichtsensor angeordnet ist, und wobei der Dünnschichtsensor mit einer tribologischen Funktionsschicht abschließt.The EP 1 058 106 A1 discloses a roller pairing with two pressure-loaded roller elements running against one another, at least one thin-film sensor being arranged on the surface of at least one of the roller elements, and the thin-film sensor terminating with a tribological functional layer.

Die Gemeinsamkeit der oben genannten technischen Lehren besteht in dem Einsatz eines aus mehreren Schichten aufgebauten Dünnschichtsensors zur Temperaturmessung.The commonality of the above technical Teaching consists in using a multi-layer structure thin film sensor for temperature measurement.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde einen Temperatursensor bereitzustellen, der insbesondere in tribologisch beanspruchten Bereichen von Maschinen aller Art, z.B. Werkzeugmaschinen, sowie Maschinenteilen und Werkzeugen, einsetzbar ist. Hierzu soll er möglichst dünn ausführbar, hart, verschleißfest, und reibungsarm sein.The invention is technical Problem to provide a temperature sensor, in particular in tribologically stressed areas of machines of all kinds, e.g. Machine tools, as well as machine parts and tools, can be used is. To do this, he should if possible thin, hard, wear-resistant, and be low-friction.

Der Erfindung liegt das zusätzliche technische Problem zugrunde einen Temperatursensor bereitzustellen der eine gleichzeitige Messung von einwirkender bzw. beaufschlagender Kraft und Temperatur ermöglicht.The invention is additional technical problem of providing a temperature sensor which is a simultaneous measurement of acting or stressing Force and temperature enabled.

Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche angegeben.The above technical problem is solved by the features of claim 1. Advantageous further training are indicated by the dependent claims.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein neuer Sensor dadurch bereitgestellt werden kann, dass eine Schicht aus diamantartigen Kohlenstoff zur Messung der Temperatur verwendet wird.According to the invention, it was recognized that a new one Sensor can be provided in that a layer diamond-like carbon used to measure temperature becomes.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Schicht aus diamantartigen Kohlenstoff der elektrische Widerstand in charakteristischer Weise von der Temperatur abhängt. 1 zeigt die Abhängigkeit der elektrischen Widerstandes R in Abhängigkeit von der Temperatur T. Man erkennt einen mit zunehmender Temperatur monoton abnehmenden elektrischen Widerstand. Die Ausnützung dieser charakteristischen, und völ-lig unerwarteten Eigenschaft der Schicht aus diamantartigen Kohlenstoff erlaubt es die Schicht selbst als Temperatursensor einzusetzen. Hierbei kann unter Zuhilfenahme einer Eichkurve, bei der insbesondere der auf der Schicht lastende Druck als ein konstanter Parameter einfließt, zu einem vorgegebenen Widerstandswert ein absoluter Temperaturwert angegeben werden.The invention is based on the knowledge that, in the case of a layer of diamond-like carbon, the electrical resistance depends in a characteristic manner on the temperature. 1 shows the dependence of the electrical resistance R as a function of the temperature T. One recognizes an electrical resistance that decreases monotonically with increasing temperature. The use of this characteristic and completely unexpected property of the layer of diamond-like carbon allows the layer itself to be used as a temperature sensor. With the aid of a calibration curve, in which in particular the pressure acting on the layer is incorporated as a constant parameter, an absolute temperature value can be specified for a predetermined resistance value.

Mit der Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff können zudem gleichzeitig oder zeitlich hintereinander die Temperatur und die auf die Schicht einwirkende Kraft gemessen werden. Dies deshalb, weil das Schichtmaterial eine charakteristische Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der beaufschlagenden Kraft zeigt, vgl. hierzu die DE 199 54 164 A1 . Dieses zu piezoresitiven Materialien ähnliche Verhalten ermöglicht es, mit der Schicht zeitlich hintereinander am gleichen Ort die Temperatur und Kraft zu messen, oder aber zeitgleich in unterschiedlichen Ortsbereichen der Schicht Kraft und Temperatur zu messen.With the layer of diamond-like carbon, the temperature and the force acting on the layer can also be measured simultaneously or in succession. This is because the layer material shows a characteristic dependence of the electrical resistance on the applied force, cf. the DE 199 54 164 A1 , This behavior, similar to piezoresistive materials, makes it possible to measure the temperature and force with the layer in succession at the same location, or to measure force and temperature simultaneously in different local areas of the layer.

Bei der erfindungsgemäßen Schicht handelt es sich um eine Schicht aus diamantartigen Kohlenstoff. Bevorzugt sind hierbei amorphe Kohlenwasserstoffschichten (a-C:H-Schichten), wasserstofffreie amorphe Wasserstoffschichten (a:C-Schichten), Kohlenwasserstoffschichten mit einem Element X der 3. oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente(X:C-H-Schichten), oder metallhaltige Kohlenwasserstoffschichten (Me-C:H-Schichten). Die Schichten können auch Anteile von Sauerstoff, Stickstoff oder Fluor enthalten.In the layer according to the invention it is a layer of diamond-like carbon. Amorphous hydrocarbon layers (a-C: H layers) are preferred, hydrogen-free amorphous hydrogen layers (a: C layers), hydrocarbon layers with an element X of the 3rd or 4th main group of the periodic table the elements (X: C-H layers), or metal-containing hydrocarbon layers (Me-C: H layers). The layers can also contain proportions of oxygen, nitrogen or fluorine.

Das für den Sensor eingesetzte Schichtmaterial ist als solches bekannt, und wird zum Beispiel in der EP 0 022 285 B1 oder der EP 0 087 836 B1 beschrieben. Dieses Schichtmaterial zeichnet sich insbesondere durch hohe Härte und Elastizität, hohe Verschleißbeständigkeit und extrem niedrige Reibwerte aus, und wird daher vielfach als Verschleißschutzschicht eingesetzt.The layer material used for the sensor is known as such and is used, for example, in EP 0 022 285 B1 or the EP 0 087 836 B1 described. This layer material is characterized in particular by its high hardness and elasticity, high wear resistance and extremely low coefficients of friction, and is therefore often used as a wear protection layer.

Insbesondere die makroskopisch hohe Härte hat bei diesem Schichtmaterial dazu geführt, die daraus bestehenden Schichten als diamantähnliche Kohlenstoffschichten, bzw. englischsprachig als DLC-Schichten zu bezeichnen, wobei DLC für diamant like carbon steht. Im engeren Sinne sind unter DLC-Schichten die vorstehend genannten a-C:H-Schichten zu verstehen.Especially the macroscopically high one Hardness with this layer material led to the existing ones Layers as diamond-like carbon layers, or in English as DLC layers, where DLC for diamond like carbon stands. In the narrower sense, the above are among DLC layers to understand mentioned a-C: H layers.

Gemäß Röntgenstrukturuntersuchungen sind diese Schichten im Gegensatz zu kristallinem Diamant sämtlich amorph. Es wird angenommen, dass diese Schichtmaterialien auf mikroskopischer Längenskala aus Bereichen mit sp2-Hybridisierung, d.h. mit grafitischer Kristallstruktur, und Bereichen mit sp3-Hybridisierung, d.h. mit Diamantstruktur, zusammengesetzt sind. Das bereichsweise Vorhandensein von sp3-hybridisierten Kohlenstoffatomen in diesem Materialien hat auch manche Autoren dazu veranlasst, die sp3-hybridisierten Bereiche als Nanokristalle aufzufassen, und demgemäß von nanokristallinem Kohlenstoff zu sprechen. So ist beispielsweise bei Me:C-H-Schichten das jeweilige Metall Me in nanokristalliner Form in eine amorphe Kohlenwasserstoffmatrix eingebaut.In contrast to crystalline diamond, these layers are all amorphous according to X-ray structure studies. It is assumed that these layer materials on a microscopic length scale consist of areas with sp 2 hybridization, ie with a graphitic crystal structure, and areas with sp 3 hybridization, ie with a diamond structure. The presence in some areas of sp 3 -hybridized carbon atoms in this material has also prompted some authors to view the sp3-hybridized areas as nanocrystals, and accordingly to speak of nanocrystalline carbon. For example, with Me: CH layers, the respective metal Me is built into an amorphous hydrocarbon matrix in nanocrystalline form.

Mitunter wird bei a:C-Schichten und a:C-H-Schichten auch von nanostrukturiertem Kohlenstoff gesprochen.Sometimes a: C layers and a: C-H layers also spoken of nanostructured carbon.

Die makroskopischen Eigenschaften der genannten Schichtmaterialien lassen sich durch Zugabe weiterer chemischer Elemente in weitem Umfang einstellen. So lässt sich durch Einbau zusätzlicher Elemente in Abhängigkeit von polarem bzw. dispersem Anteil der Oberflächenenergie der Gase, Flüssigkeiten und/oder Festkörper, mit denen diese Schichten kontaktiert werden, und dem gewünschten Adhäsionsverhalten die Stärke des polaren bzw. dispersen Anteils dieser Schichten definiert einstellen, vgl. hierzu die DE 43 17 029 A1 .The macroscopic properties of the layer materials mentioned can be adjusted to a large extent by adding further chemical elements. By installing additional elements depending on the polar or disperse fraction of the surface energy of the gases, liquids and / or solids with which these layers are contacted and the desired adhesive behavior, the strength of the polar or disperse fraction of these layers can be set in a defined manner, see. the DE 43 17 029 A1 ,

Auch das Reibverhalten, die elektrische Leitfähigkeit oder der Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf das Reibverhalten kann durch Zugabe weiterer chemischer Elemente im weitem Umfang eingestellt werden.Also the friction behavior, the electrical conductivity or the influence of the relative humidity on the friction behavior can be done by adding more chemical elements to a large extent can be set.

Die genannten Möglichkeiten, die makroskopischen Eigenschaften des Schichtmaterials definiert einstellen zu können, erlaubt einen universellen Einsatz des erfindungsgemäßen Temperatursensors.The possibilities mentioned, the macroscopic To be able to set properties of the layer material in a defined manner is permitted universal use of the temperature sensor according to the invention.

Die genannten Schichten lassen sich durch Gasphasenabscheidung, und insbesondere mittels PVD- oder des CVD-Verfahrens leicht und kostengünstig abscheiden. Dadurch ist die Abschei dung auch auf gekrümmten Oberflächen mit komplizierter Oberflächengeometrie, wie auch Ecken oder Kanten, möglich.The layers mentioned can be by vapor deposition, and in particular by means of PVD or Separate CVD process easily and inexpensively. This is the deposition also on curved ones surfaces with complicated surface geometry, as well as corners or edges.

Die für den Sensor verwendete Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff ist mittels bekannter Schichtabscheideverfahren sehr dünn ausführbar bzw. herstellbar. Typische Schichtdicken für die als Sensor einzusetzenden Schichten aus diamantartigen Kohlenstoff liegen in einem Bereich von 10 nm bis 500 μm, vorzugsweise von 100 nm bis 10 μm. Es versteht sich, dass die Schichtdicke je nach konkretem Anwendungsfall frei wählbar ist.The layer used for the sensor from diamond-like Carbon is very good using known layer deposition processes thin or produced. Typical layer thicknesses for those to be used as sensors Layers of diamond-like carbon lie in one area from 10 nm to 500 μm, preferably from 100 nm to 10 μm. It goes without saying that the layer thickness depends on the specific application freely selectable is.

Bei der Schicht kann es um eine Gleitschicht zwischen sich gegeneinander oder aufeinander bewegenden Flächen handeln. Bei derartigen Reibpaarungen, wie sie beispielsweise bei Gleitlagern, Kolben-Zylinder-Paarungen, Wälzlagern, Spann- und Haltevorrichtungen, Umformwerkzeugen, Presswerkzeugen oder Prägewalzen auftreten, lassen sich im Regelfall die Temperaturen und wirkenden Kräfte in der Wirkzone nicht ermitteln, insbesondere bei schwerer Zugänglichkeit und großen Kontaktkräften, da im letztgenannten Fall herkömmliche Sensoren ihre Stabilitätsgrenze erreichen bzw. verschleißen.The layer can be a sliding layer between surfaces that are moving towards each other or towards each other. With such friction pairings, as for example in plain bearings, Piston-cylinder pairings, roller bearings, Clamping and holding devices, Let forming tools, pressing tools or embossing rollers occur As a rule, the temperatures and forces acting in the Do not determine the effective zone, especially if it is difficult to access and big Contact forces there in the latter case conventional Sensors their stability limit reach or wear out.

Wird die Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff als Gleitschicht eingesetzt, so ist die erfindungsgemäße Verwendung eine ganz besonders einfache Möglichkeit um zum einen das Gleiten relativ zueinander bewegter Flächen zu erleichtern bzw. den dynamischen Gleitreibungskoeffizienten zu mindern, andererseits aber gleichzeitig die Temperatur und die einwirkende Kraft im Wechselwirkungsbereich zu überwachen.If the layer of diamond-like Carbon used as a sliding layer, is the use according to the invention a particularly easy way on the one hand, the sliding of surfaces moved relative to each other facilitate or reduce the dynamic sliding friction coefficient, on the other hand, however, the temperature and the acting one Monitor force in the interaction area.

Der erfindungsgemäße Sensor lässt sich mit Vorteil als Schicht zwischen im Druckkontakt zueinander stehenden Flächen einsetzen. Die Schicht ist auch hier unmittelbar in der Kontaktfläche bzw. in der Wirkzone, wobei auch bei hoher Druckbeaufschlagung gute Messergebnisse erzielt werden können, ohne dass die mechanische Stabilität des Sensors leidet.The sensor according to the invention can advantageously be used as a layer between surfaces in pressure contact with each other. The layer is also directly in the contact area or in the active zone, where good measurement results can be achieved even under high pressure can without that mechanical stability of the sensor suffers.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass mit der Verwendung einer Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff zur gleichzeitigen Messung von Kraft und Temperatur eine Messung unmittelbar in der Wirkzone erfolgt. Diese örtliche Nähe zum Wechselwirkungsort bedingt eine besonders genaue Messung die zudem verzögerungsfrei erfolgt.From the foregoing, that with the use of a layer of diamond-like carbon one measurement for simultaneous measurement of force and temperature takes place directly in the effective zone. This local proximity to the interaction site determines a particularly precise measurement that is also carried out without delay.

In einer weiteren Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mit der Schicht zeitgleich oder zeitlich hintereinander in örtlich unterschiedlichen Schichtbereichen Druck und Temperatur gemessen werden.In a further variant of the invention it can be provided that at the same time or at the same time as the shift in a row in local different layer areas pressure and temperature can be measured.

Es ist nämlich bekannt, dass die Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff piezoresitivähnliche Eigenschaften aufweist, vgl. hierzu die DE 199 54 164 A1 . So zeigt die 2 bei jeweils konstanter Temperatur der Schicht die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes R gegenüber der Kraft F, mit der diese Schicht beaufschlagt ist. Man erkennt, dass der Widerstand R mit wachsender Kraft F monoton abnimmt.It is known that the layer of diamond-like carbon has properties similar to piezoresitives, cf. the DE 199 54 164 A1 , So it shows 2 at a constant temperature of the layer, the dependence of the electrical resistance R on the force F with which this layer is applied. It can be seen that the resistance R decreases monotonically with increasing force F.

Wegen der gleichzeitigen Abhängigkeit des Widerstandswerts R(T, F) von Temperatur T und beaufschlagender Kraft F, kann für diejenigen Fallgestaltungen, bei der nicht entweder die Temperatur oder die Kraft konstant bleiben, nicht ohne weiteres unterschieden werden, ob eine Änderung des elektrischen Widerstands durch eine Temperaturänderung oder durch eine Änderung der einwirkenden Kraft hervorgerufen werden. Insofern ist es zur eindeutigen Temperaturbestimmung hilfreich, diese beiden Beiträge zu separieren.Because of the simultaneous dependency of the resistance value R (T, F) of temperature T and acting Force F, can for those cases where not either the temperature or the force remains constant, cannot be easily distinguished, whether a change the electrical resistance due to a change in temperature or through a change the acting force. In this respect it is clear temperature determination helpful to separate these two contributions.

Die Separation der beiden Beiträge kann dadurch erfolgen, dass zur gleichzeitigen Erfassung von Druck und Temperatur in örtlich unterschiedlichen Schichtbereichen gemessen wird.The separation of the two posts can in that the simultaneous detection of pressure and Temperature in local different layer areas is measured.

Gemäß 3 kann dies dadurch erfolgen, dass die Schicht und/oder der sie tragende Grundkörper strukturiert ist. Durch Ausprägung eines Höhenprofils wird erreicht, dass nur in Bereichen 1 bzw. 1' die Schicht 2 im Druckkontakt zum Gegenkör per 3 steht, so dass nur in den Bereichen 1 bzw. 1' der Druck gemessen wird. In diesen Bereichen wird somit R(T = const,F) gemessen.According to 3 this can take place in that the layer and / or the base body carrying it is structured. By defining a height profile, this is achieved only in areas 1 respectively. 1' the layer 2 in pressure contact with the counter body 3 stands so that only in the areas 1 respectively. 1' the Pressure is measured. R (T = const, F) is thus measured in these areas.

Der Bereich 4 wird nicht druckbeaufschlagt, so dass eine Veränderung des elektrischen Widerstandes in diesem Schichtbereich ausschließlich durch die Temperaturabhängigkeit des Schichtmaterials hervorgerufen wird. Es wird also R(T, F=const ) gemessen.The area 4 is not pressurized, so that a change in the electrical resistance in this layer area is caused solely by the temperature dependence of the layer material. So R (T, F = const) is measured.

Alternativ zur vorstehend genannten Möglichkeit der Schicht einer Höhenstruktur aufzuprägen besteht auch die Möglichkeit, im zu vermessenden Schichtbereich mindestens ein Elektrodenpaar in Dünnschichttechnik vorzusehen. Unter Zuhilfenahme der Dünnschichtelektrode kann dann eine lokale, nur im Bereich der Elektrode wirksame Messung erfolgen. Hierzu ist es günstig, wenn die Sensorbeschichtung relativ hochohmig ist. Abhängig davon, ob der Elektrodenbereich druckbeaufschlagt ist oder nicht erfolgt dann dort eine Druck- oder eine Temperaturmessung.As an alternative to the above possibility the layer of a height structure to be imprinted also the possibility at least one pair of electrodes in the layer area to be measured using thin-film technology provided. With the help of the thin film electrode can then a local measurement is only effective in the area of the electrode. For this it is convenient if the sensor coating is relatively high-resistance. Depending on whether the electrode area is pressurized or not then a pressure or a temperature measurement there.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich ferner, dass mit den genannten Vorgehensweisen zur zeitgleichen Erfassung von Druck und Temperatur auch ortsaufgelöst gemessen bzw. kontrolliert werden kann, wobei die Auflösung je nach erforderlicher Auflösung mikrometergenau erfolgen kann.It follows from the above further that with the above-mentioned procedures at the same time Acquisition of pressure and temperature also measured locally or can be controlled, the resolution depending on the required resolution can be done with micrometer accuracy.

Die erfindungsgemäße Verwendung erfolgt bevorzugt bei Temperaturen unterhalb von 500°C, bevorzugt unterhalb 400°C, besonders bevorzugt zwischen Raumtemperatur und 500°C bzw. 400°C, da sich nach eigenen Untersuchungen die o.g. Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Temperatur in diesem Temperaturintervall gezeigt hat.The use according to the invention is preferred at temperatures below 500 ° C, preferably below 400 ° C, particularly preferably between room temperature and 500 ° C or 400 ° C, since according to our own investigations the above dependence of the electrical resistance from the temperature in this temperature interval showed.

Die zeitgleiche Messung von Druck und Temperatur mit dem erfindungsgemäßen Sensor kann bei Systemen mit hoher tribologischer Beanspruchung mit Vorteil eingesetzt werden, so insbesondere bei einem Gleitlager, bei dem bei hoher Belastung möglicherweise der Schmierfilm zerstört wird, was sich in einem schnellen Anstieg der Temperatur an der Oberfläche der Gleitpaarung bemerkbar macht.The simultaneous measurement of pressure and temperature with the sensor according to the invention can in systems with high tribological stress can be used with advantage, this is especially the case with a plain bearing, which may be under high loads the lubricating film is destroyed will what is reflected in a rapid rise in temperature at the surface the sliding pairing noticeable.

Da bei reibungsbeanspruchten Komponenten häufig erhebliche lokale Unterschiede vorliegen, beispielsweise hervorgerufen durch Unwucht oder einseitige Lasteinwirkung, kann mit der ortsaufgelösten Messung auch der genaue Ort ermittelt werden an dem die Reibung zu hoch bzw. die Temperatur unzulässig erhöht ist. Insofern dient die Temperaturkontrolle bereits der Fehlerdiagnose bzw. erlaubt es, besonders schnell Abhilfe für verschlissene Komponenten zu schaffen.As for components subject to friction frequently there are significant local differences, for example caused due to unbalance or one-sided load, can be done with the spatially resolved measurement the exact location where the friction is too high can also be determined or the temperature is not permitted elevated is. In this respect, temperature control is already used to diagnose errors or allows, especially quickly, remedy for worn components to accomplish.

Ein Beispiel einer mikrostrukturierten Kraft- und Temperaturmessfigur, die bevorzugter Weise auch in einer Brückenschaltung verwandt werden kann, zeigt 4. Bei dieser Schaltung korreliert das abgegriffene Brückensignal nur mit der jeweiligen applizierten Kraft, wenn der lokale unbelastete Messwiderstand T, auf den dieselbe Temperatur einwirkt wie auf den druckbelasteten Messwiderstand K, in der Brückenschaltung als Referenz zu dem druckbelasteten Widerstand geschaltet wird.An example of a microstructured force and temperature measuring figure, which can preferably also be used in a bridge circuit, shows 4 , In this circuit, the tapped bridge signal only correlates with the respective applied force if the local unloaded measuring resistor T, which acts on the same temperature as the pressure-loaded measuring resistor K, is switched in the bridge circuit as a reference to the pressure-loaded resistor.

In analoger Weise können zwei Messwiderstände, die mit der gleichen flächenspezifischen Kraft belastet werden, aber eine unterschiedliche Temperatur aufweisen, zur kraftkompensierten Messung der Temperatur eingesetzt werden.Analogously, two Measuring resistors, those with the same area specific Force, but have a different temperature, for force-compensated temperature measurement.

Eine weitere Möglichkeit gleichzeitig Druck und Temperatur in örtlich unterschiedlichen Schichtbereichen zu messen zeigt 5. Es wird mit dem linken Teil der Anordnung, d.h. über den Anschluss A, der Widerstandswert im Bereich zwischen dem Stempel und Gegenkörper gemessen. In diesem Bereich sind Kraft und Temperatur variabel, d.h. es wird R(T,F) gemessen.Another possibility to measure pressure and temperature simultaneously in different layer areas shows 5 , The resistance value in the area between the plunger and counter body is measured with the left part of the arrangement, ie via connection A. In this range, force and temperature are variable, ie R (T, F) is measured.

Im rechten Teil der Messanordnung, d.h. über den Anschluss B, erfolgt eine Widerstandsmessung unmittelbar benachbart im nicht druckbeaufschlagten Bereich. In diesem Bereich ist der Widerstandswert nur von der Temperatur abhängig, d.h. es wird R (T ≠ const , F = const) gemessen. Dies erlaubt es, die Temperatur über eine Eichkurve zu ermitteln.In the right part of the measurement setup, i.e. about connection B, a resistance measurement is carried out immediately adjacent in the non-pressurized area. In this area is the Resistance value depends only on the temperature, i.e. it becomes R (T ≠ const, F = const) measured. This allows the temperature to be set above one To determine the calibration curve.

Durch Differenzbildung der beiden Widerstandswerte kann dann auch die Kraft im druckbeaufschlagten Bereich bestimmt werden. Die jeweiligen Messwerte können hierbei durch einen Mikroprozessor ausgewertet werden um eine schnelle Kompensation der Messwerte zu ermöglichen.By forming the difference between the two Resistance values can then also be the force in the pressurized Range can be determined. The respective measured values can be used here can be evaluated by a microprocessor for fast compensation of the measured values.

6a und 6b zeigen ein kraftsensorisches Array, bei dem mit lokal messenden Elektroden benachbart die Kraft F und die Temperatur T in benachbarten Bereichen vermessen werden kann. Die Messstellen bzw. Elektroden befinden sich in unterschiedlicher Tiefe innerhalb der Schicht. Die Temperaturmessstellen sind gegenüber den Messstellen für die Kraftmessung etwas tiefer angeordnet, so dass bei den Temperaturmessstellen keine Krafteinwirkung erfolgt. 6a and 6b show a force-sensory array in which the force F and the temperature T can be measured in adjacent areas with locally measuring electrodes. The measuring points or electrodes are located at different depths within the layer. The temperature measuring points are arranged somewhat lower than the measuring points for force measurement, so that no force is exerted at the temperature measuring points.

Ein derartiges Array ist auch mit geringsten Dicken herstellbar, da die Elektroden und die elektrischen Zuführungen für die Elektroden wegen der nur sehr geringen Messströme von weniger als 1 μA nur wenige Nanometer dick ausgeführt werden müssen. Die Vertiefungen können auch durch Plasmaätzung der Multifunktionsschicht erzeugt werden.Such an array is also included smallest thicknesses can be produced, since the electrodes and the electrical additions for the Electrodes only a few due to the very low measuring currents of less than 1 μA Executed nanometers thick Need to become. The Can deepen also by plasma etching Multifunctional layer can be generated.

Claims (9)

Verwendung einer Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff als Temperatursensor.Use a layer of diamond-like carbon as a temperature sensor. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig die auf den Sensor einwirkende Kraft und die Temperatur gemessen werden.Use according to claim 1, characterized in that at the same time the force acting on the sensor and the temperature are measured. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus a-C, a-C:H, Me-C:H oder X-C:H besteht, wobei Me für ein Metall und X für ein Element der 3. oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente stehtUse according to claim 1 or 2, characterized in that the layer consists of aC, aC: H, Me-C: H or XC: H, where Me for a metal and X for an element of the 3rd or 4th main group of the Periodic table of the elements stands Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schicht um eine Gleitschicht zwischen sich gegeneinander oder aufeinander bewegenden Flächen handelt.Use according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the layer is a sliding layer between them against each other or moving surfaces. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Schicht zwischen im Druckkontakt zueinander stehenden Flächen handelt.Use according to one of claims 1 to 4, characterized in that that it is a layer between in pressure contact with each other standing surfaces is. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zeitgleich in örtlich unterschiedlichen Schichtbereichen Druck und Temperatur gemessen werden.Use according to one of claims 1 to 5, characterized in that that at the same time in different locations Layer areas pressure and temperature can be measured. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht und/oder der sie tragende Grundkörper strukturiert istUse according to claim 6, characterized in that the Layer and / or the base body carrying it is structured Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schicht mindestens ein Elektrodenpaar in Dünnschichttechnik vorgesehen istUse according to claim 6, characterized in that in the layer is provided with at least one pair of electrodes using thin-film technology Verwendung nach nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor bei Temperaturen unterhalb 500° eingesetzt wirdUse according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the sensor is used at temperatures below 500 °
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