EP4165403A1 - Triboakustischer sensor, dessen herstellverfahren, messverfahren und verwendung - Google Patents

Triboakustischer sensor, dessen herstellverfahren, messverfahren und verwendung

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EP4165403A1
EP4165403A1 EP21733367.3A EP21733367A EP4165403A1 EP 4165403 A1 EP4165403 A1 EP 4165403A1 EP 21733367 A EP21733367 A EP 21733367A EP 4165403 A1 EP4165403 A1 EP 4165403A1
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EP
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piezoelectric element
triboacoustic
mechanical component
sensor according
reflection
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Withdrawn
Application number
EP21733367.3A
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Michele SCHIRRU
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AC2T Research GmbH
Original Assignee
AC2T Research GmbH
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Publication date
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Definitions

  • Triboacoustic sensor whose manufacturing process go
  • This invention relates to the construction, manufacture and application (including the measurement or calibration process provided for this) of a triboacoustic sensor, with the help of which, as a piezoelectric transducer, various parameters characterizing the state of a tribocontact considered as a sample (pair of friction surfaces, ge forms according to one with one Base body inter acting counter-body - including the intermediate substance contained therein), for example of engine components (such as shaft / bearings, cams / tappets or piston ring / cylinder liner), even under adverse environmental conditions, e.g. B. at higher temperatures up to about 300 ° C or pressures can be detected.
  • the structure according to the invention taking into account the manufacturing and connection method, offers higher acoustic performance compared to the previously known contemporary sensor principles.
  • a triboacoustic sensor is defined as a device that has certain physical properties, here specifically can measure acoustic parameters in tribological contacts as system-specific variables, such as B. Ver wear depth, contact surface condition, size of the mechanical tensions of the mechanical components involved in the tribological contact be (ie the solid bodies of the base or counter body), viscosity and film thickness of the intermediate.
  • Reflection ultrasound is in itself an established measurement method.
  • a piezoelectric element is placed on the sample or - if this is in view of e.g. B. small dimensions or the special nature of the sample is required - attached to a "buffer rod", which is in direct contact with the sample.
  • the function of the buffer rod can be taken over by one of the mechanical components whose friction surface represents part of the boundary of a tribocontact.
  • the following are suitable for this purpose, for example: cylinder track, piston ring, bearing shell, roller, rail (cf. Mills, Robin, Emin Yusuf Avan, and Rob Dwyer-Joyce.
  • Measuring Lubricant Films at the Piston-Cylinder Contact An Over V iew of Current Technologies with Focus on Ultrasound. No. 2013-01-0294. SAE Technical Paper, 2013).
  • the piezoelectric sensor element is used as an active element (transducer) to generate an ultrasonic wave, which is then transmitted, if necessary, by the The ultrasonic wave is partially reflected at the interface of the tribological contact (parts of the friction surface of the mechanical component in question). The reflected wave is then returned as an oscillation by the piezoelectric The element (sensor) is received and converted into an electrical signal that contains the measurement information. Which physical property is measured depends on the type of wave that is pulsed by the piezoelectric element and essentially, but not necessarily exclusively, transversely or longitudinally polarized The reflection is mainly characterized by amplitude and phase, as described in ASTM E-1065 “E1065-08 Standard Guide for
  • Both phase and amplitude measurements compare the respective measured variable of the wave reflected by the tribological contact with a reference signal.
  • the comparison is evaluated quantitatively by the (total) reflection coefficient R or as the (total) phase change F.
  • a m is the amplitude of the signal measured as a reflection from the tribological interface and A R is the Amplitude of the reference signal, F TM is the phase of the signal measured by the tribological contact and F k is the phase of the reference signal.
  • the shear viscosity h of the relevant lubricating medium can be determined as a function of the phase change or the reflection coefficient as follows:
  • w stands for the rotation frequency of the oscillation of the piezo element
  • p f for the liquid density
  • Z s is the acoustic impedance of the "buffer rod”.
  • triboacoustic sensors are less suitable for industrial use or hardly available on the market or they do not deliver the required signal quality.
  • the reasons for this are, on the one hand, the harsh operating conditions and, on the other hand, the lack of robustness of the sensor structure, the latter due to the assembly methods currently in use.
  • triboacoustic device for in-situ monitoring of a tribocontact that is stable or faithful to the signal over the course of use.
  • This is mainly due to the conditions of use of the components forming a tribocontact and the higher-level unit in the respective application environment (for example in industrial use at high temperatures, e.g. B. 200 ° C and above, cyclic loads or vibrations, high specific surface loads, about up to 3 GPa in point contacts (z. B. in roller bearing raceways)).
  • conventional triboacoustic devices show an impairment of the mechanical connection between the sensor and the components to be monitored during operation, which changes the sensor reaction and thus reduces the accuracy and reliability.
  • the present invention relates to a triboacoustic device that can work under thermally, mechanically and chemically demanding environmental conditions with high signal fidelity.
  • the device and its fastening or connection methods are illustrated below with reference to FIG. 1 as an exploded sketch, as well as in the assembly of FIG. 2, and - in a special embodiment with a housing or housing-like recess - of FIG. 3 and FIG 4 described.
  • 2 shows the basic components A of the triboacoustic sensor, consisting of a piezoelectric element 1 with a length of the longer side of the piezoelectric element (1) of greater than 5l, solder layer 2, measured in the main plane, i.e.
  • Fig. 5 and - in a special embodiment with a housing or housing-like recess - Fig. 6 he explains the connection technology for assembling the piezoelectric element 1 with the metallic mechanical component 4.
  • This includes a metallic screen 15, one for the purpose of the assembly process In a manner known per se, a weight plate 16 that applies force and a source of heat 17.
  • the piezoelectric element 1 is firmly bonded to the mechanical component 4 via a solder layer 2 and a metallic coating 3, which serves as an acoustic "buffer rod” and separates the piezoelectric element 1 from the tribological contact C on the one hand, and ensures the acoustic coupling with this on the other hand
  • the material used for the piezoelectric element 1 is piezoelectric material, preferably PZT (lead zirconium titanate), BiT (bismuth titanate), PT (lead titanate), lead metaniobate, each in the structure of perovskite or layers, and furthermore tungsten bronze, if this material is a Curie temperature of at least 300 ° C, a dielectric temperature constant of less than or equal to 4 K 1 and a center frequency according to the aforementioned ASTM standard E-1065 between 20 kHz and 100 MHz.
  • the main feature in the manufacture of the basic components A of the triboacoustic sensor is the between Piezoelectric element 1 and mechanical component 4 realized connection, consisting of solder layer 2 and metallic coating 3.
  • connection of piezoelectric element 1 and mechanical component 4 is according to the invention Soldering made under certain specifications and after appropriate preparation of the named components. This avoids the considerable disadvantages of common connection techniques:
  • the present invention is characterized significantly by improving the method for the cohesive connection of the piezoelectric element 1 and the prepared surface of the mechanical component 4.
  • the method described here for attaching or connecting (under the described conditions) of the basic components A of the triboacoustic Sensor improves the state of the art in triboacoustic technology because it allows the thickness of the soldered connection zone B to be kept small and enables such contacts to be made even on (heavily) oxidized surfaces.
  • These improvement steps are crucial in order to produce a more powerful, more stable triboacoustic reflection sensor with better acoustic and mechanical properties.
  • connection method has relevant, ie quality-determining effects on the properties of the triboacoustic measuring device.
  • the entire structure of the connection between a piezo element and a substrate ("buffer rod") is subjected to thermal treatment at temperatures above 600 ° C, which on the one hand requires high-temperature suitable piezo elements and on the other hand - after the completion of the Connection procedure - an additional repolarization of the piezo element itself required.
  • the simple mechanical connection by pressing together requires the use of mostly complex devices to contact the piezo element with the respective substrate, and is therefore not suitable for compact devices.
  • soldering and cold soldering have several advantages compared to the connection techniques mentioned above.
  • modern soldering methods require a preparation that is complicated according to the state of the art, by applying coatings to the surfaces provided for the connection in order to remove existing disruptive oxide films from the mechanical components 4 made of metal and to enable subsequent soldering.
  • Conventional coatings of mechanical component 4 are not ideal from the point of view of the acoustic signal response because the layers are too thick.
  • the solder connection zone B a thickness of not more than l / 10 - with l as the wave length of the sound wave of the piezoelectric element 1 - have.
  • solder layer 2 must be about 1-50 ⁇ m thick.
  • connection process e.g. when it is necessary to burn in ovens
  • the connection process must not cause any depolarization of the piezoelectric element 1 or induce any undesired gradients in the thermal expansion between the piezoelectric element 1, solder layer 2 and mechanical component 4 Cause or at least promote detachment of the piezoelectric element 1 from the substrate.
  • the triboacoustic sensor which is durable and resistant to thermal cycles (up to 300 ° C) and (cyclical) mechanical loads (up to 3 GPa), delivers measurement signals independent of ambient conditions and reliably while avoiding disadvantageous ones Effects (z. B. Depo larization, as described above) can be produced with reproducible quality, it is necessary - in addition to the appropriate algorithms for highly reliable measurement of the reference phase and reference amplitude of the acoustic signal - the solder connection zone B between the piezoelectric element 1 and mechanical Component 4 must be designed taking certain specifications into account.
  • the inventive design of the triboacoustic sensor is characterized in that the solder connection zone B between piezoelectric element 1 and mechanical component 4 has a thickness of no more than a tenth of the wavelength of the operating frequency (ie l / 10), as shown in FIG. 7 where the solder connection zone thickness 19 of the solder connection zone B is shown in relation to the thickness 18 of the piezoelectric element 1 by way of example.
  • mechanical component 4 is provided with a thin metallic coating 3 and metallized before the solder layer 2 is produced by soldering, as will be described in detail below.
  • This metallic coating 3 is preferably made of nickel (Ni) or from the group of metals silver (Ag), gold (Au), palladium (Pd), copper (Cu), tin (Sn), rhodium (Rh), in each case also in Form of alloys within the metals mentioned.
  • the primary Ni layer is used to remove the oxides from the mechanical component 4 as the intended metal substrate, while the metallic Beschich device 3 allows the piezoelectric element 1 to be soldered and protects the solder joint zone B from corrosion in harsh environments.
  • the mechanical component 4 consists of a metal, in particular aluminum, steel, copper, titanium and their alloys, or essentially a metal Metal existing composite material, e.g. B. with tungsten carbide.
  • solder paste is preferably used as a preliminary stage for the solder layer 2, or alternatively another type of provision of the solder metal (solder), e.g. B. solder strips or soldering tape, ver used, the metallic components each consist of metals from the group Sn, Ag, Cu, Ga, Ni, Co, Pd, Pt, Au, Rh and the size of the dispersed particles of the metal particles between 1- 30 pm.
  • solder metal e.g. B. solder strips or soldering tape, ver used
  • the metallic components each consist of metals from the group Sn, Ag, Cu, Ga, Ni, Co, Pd, Pt, Au, Rh and the size of the dispersed particles of the metal particles between 1- 30 pm.
  • the wetting time must be a maximum of 3 s and its melting temperature a maximum of 300 ° C.
  • a heat source 17 is used, which the solder with the composition described above within a maximum of 3 s melts and is for this purpose at a distance of no more than 10 mm from the connection zone.
  • the heat source 17 has a heating output of at least 500 W and generates, e.g. B. as a hot air gun, a hot air tstrom of at least 100 1 / min, but preferably of at least 250 1 / min.
  • the assembled triboacoustic sensor (essentially the piezoelectric element 1 mounted on the mechanical component 4) is explained with reference to Fig. 3 as an exploded view and as an assembly in Fig. 4:
  • the ensemble includes a housing-like structure 8 that protects the individual components serves and which is connected to the mechanical component 4 by a method known per se, such as soldering, gluing or welding, or if necessary, the mechanical component 4 is designed as a recess 13 (Fig. 6), a high frequency (HF) Plug connector 6 for communication of the electrical signals with measurement and control electronics D (Fig.
  • a noise suppression strip 7 typically made of brass or copper for reducing the interference from electromagnetic sources the surface of the tribocontact facing the mechanical component 4 ( Interface 14), a potting compound 12, a cover 11, a connection wire 5 for the electrical connections of the piezoelectric element 1 and the mechanical component 4 (buffer rod).
  • This can be, for example, the cylinder of an internal combustion engine, the outer surface of a piston, a plain bearing or a slide pad of a cam drive.
  • the potting compound 12 is used, which is preferably made of epoxy resin, is porous and / or contains metal powder (z. B. Ti).
  • FIG. This consists of a controller 30 which controls the signal generator 31.
  • the electronic signal is amplified by an amplifier 32 and controls the excitation of the piezoelectric element 1 in the triboacoustic sensor via the connecting wire 5.
  • the reflected ultrasonic signal passes through the connecting wire 5, is filtered with a filter 33, displayed by an amplifier 34 and, for example, by an oscilloscope 35 saved.
  • the post-processing of the recorded data then takes place, for example, in the controller 30 or in a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the connecting surface between the piezoelectric element 1 and the mechanical component 4 is in particular flat or has a curvature with a radius of at least ten times a possible radius of the surface of the electrode 1b of the piezoelectric element 1 provided for the solder layer 2.
  • the electrical contact la and lb of the piezoelectric element 1 takes place via electrodes made of metal or metals from the group consisting of Ag, Cu, Au, Pd, Ni and their alloys.
  • the surfaces of the electrodes la and lb are first cleaned mechanically in order to remove oxides in particular. Methods known per se are used for this purpose used, for example the use of a glass fiber brush or gas plasma cleaning.
  • the metallic coating 3 and the further preparation of the electrodes 1 a and 1 b of the piezoelectric element 1 must include chemical steps (such as, for example, pickling) that prevent possible passivation of the surface.
  • the thickness of the metallic coating 3 is set in connection with the wavelength characteristic of the operating frequency of the piezoelectric element 1 and is not more than l / 10.
  • the layer thickness is typically in the range of 1-50 ⁇ m.
  • FIGS. 3 and 4 show the assembly process of the instrumented mechanical component 4.
  • a soldering paste is applied to the metallic coating 3 for the further assembly process.
  • the material composition and its specifications are already listed above.
  • Flux as a further component for the production of the solder layer 2 is mechanically applied to the surface of the metallic component 4 provided for the production of the connection in order to keep it further free of oxide during the soldering process.
  • the piezoelectric element 1 is then on the solder paste - expediently with the aid of a weight plate 16 - in the intended surface area of the Mechanical component 4 equipped with a metallic coating 3 is placed and loaded by applying a force, possibly a weight force, in the range of 2-10 N, preferably 5 N, as shown in FIG Indentation, for example a groove, which clarifies the mechanical component 4 in order to obtain a solder connection zone B that is as uniform and thin as possible.
  • a heat source 17 is at a small distance from ( ⁇ 10 mm) of the piezoelectric element 1 is brought.
  • the heating power of the heat source 17 is selected to be at least 500 W.
  • the heat source 17 is removed so that the solder layer 2 can cool and solidify.
  • Equations 1 and 2 show that reflection coefficients depend on the accuracy with which the reference amplitude and reference phase can be measured.
  • References are usually acquired from an intermediate interface (interface) within fixed continuums or an interface with gas or air.
  • a new method of referencing is used for the measuring method according to the invention.
  • the reflection amplitudes 10 of the sound signal at the interface are measured with a Newtonian liquid with a viscosity of less than 5 mPa s.
  • 9 to 11 show a comparison between the reflection amplitudes 10 detected at an interface with a reference lubricant (FIGS. 11 and 12) and the reflection amplitudes 10 (FIGS. 9 and 10) at an interface with air.
  • the reference parameter recorded on the basis of the reflection from an interface with a liquid with low viscosity has a smaller measurement error:
  • the deviation from the mean value is only up to 7% - in contrast to the measurement at the interface with air up to 15%.
  • This is of crucial importance for the evaluation of the sound signal level to determine physical parameters in the tribo-contact, since errors in the measurement of the reference parameters not only affect the measurement of the reflection coefficient, but also disproportionately in the determination of the relevant physical parameters.
  • the application of this inven- The reference method according to the invention therefore leads to a considerable increase in the measurement accuracy.
  • the piezoelectric element 1 sends an evaluable signal, an ultrasonic wave, preferably in the form of a chirp , Burst, a continuous wave or are the wave that ausbrei tet through the sliding pad 26 until it hits the interface 27 with the intermediate material 28.
  • the first reflection 23 of part of the sound energy takes place between the skid 21 and the sliding cushion 26 in the surface area 22 of the interface 27 which faces the piezoelectric element 1.
  • the reflection 23 is transmitted back to the piezoelectric element 1 and used as a reference.
  • the second reflection 25a of part of the sound energy takes place between the sliding cushion 26 and the intermediate material 28, in the surface area 24 of the interface 27.
  • the third reflection 25b of part of the sound energy takes place between the friction surface 29 of the counter body interacting in tribo-contact, which can be separated from the interface 27 in the surface area 24 with an inter mediate substance 28 (in this case oil).
  • the difference between the second reflection 25a and the third reflection 25b leads to the information about the tribological Concerning logical contact, the characteristic parameters of which are compared according to equation 5 with the parameters of the reference reflection.
  • the index 1 relates to the reflection 23 and the index 2 either to the reflection 25a or 25b.
  • the Re flexionscoefficient measured by the method according to the invention is subsequently converted into physical parameters of the tribological contact, e.g. B. Depth of wear or layer thickness of an adhesive lining of a friction surface, converted.
  • B Depth of wear or layer thickness of an adhesive lining of a friction surface
  • FIGS. 9 and 11 show the incident ultrasonic wave 9 and FIGS. 10 and 12 the comparison of the deviation of reflection amplitudes 10 measured with the conventional referencing method (with air at the reflecting interface) (FIGS. 9 and 10) with the method according to the invention (FIGS. 11 and 12), in which the reflected sound signal is evaluated at the interface 14 in the presence of a low-viscosity Newtonian fluid 20.
  • the use of a liquid layer at the interface 14 reduces the inaccuracy by up to 50% over the temperature range considered for referencing.
  • the surface of the recess is machined so that it has a roughness Ra of no more than 1/100. It is metallized according to the process described above.
  • the piezoelectric element 1 is made of the materials already mentioned and is connected by soldering to the mechanical component 4 (here the skid 21 of the rocker arm) according to the method described above (preferred application).
  • the piezoelectric element 1 is connected to the connecting wire 5 and then encapsulated with a waterproof potting compound 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Aufbau, Herstellung und Anwendung eines triboakustischen Sensors aus Grundkomponenten (A) aus einem aktiven piezoelektrischen Element (1) und einer mechanischen Komponente (4), die durch Lotschicht (2) von einer Schichtdicke von nicht mehr als λ/10, mittels einer metallischen Beschichtung (3), unter Anwendung einer Wärmeguelle (17) von mindestens 500 W bei einem Heißluftstrom von mindestens 250 1/min, stoffschlüssig verbunden werden. Die mechanische Komponente (4) weist auf der zur metallische Beschichtung (3) vorgesehenen Fläche eine Rauheit (Ra) von nicht mehr als λ/100 auf und bildet mit der der Lötverbindungszone (B) gegenüberliegenden Fläche eine Grenzfläche (14) eines Tribokontakts. Bei Ansteuerung des piezoelektrische Elements (1) mit longitudinalen und transversalen Schallwellen der Wellenlänge λ im Freguenzbereich 20 kHz-100 MHz werden durch Auswertung der Reflexionsamplituden (10) des Schallsignales sowie Anwendung entsprechender Algorithmen, physikalische Parameter eines Tribokontakts ermittelt.

Description

Triboakustischer Sensor, dessen Herstellver fahren,
Messverfahren und Verwendung
In der folgenden Beschreibung der Aufgabenstellung und deren erfindungsgemäßen Lösung wird insbesondere auf die Terminologie der österreichischen Norm Bezug genommen: ÖNORM M 8120-1:1985 12 01 - „Tribologie; Tribotechnik, Tribosysteme ; allgemeine Grundlagen, Begriffsbestimmungen" .
Diese Erfindung betrifft Aufbau, Herstellung und Anwen dung (einschließlich des dafür vorgesehenen Mess- bzw. Kalibrierverfahrens) eines triboakustischen Sensors, mit dessen Hilfe als piezoelektrischer Wandler diverse, den Zustand charakterisierende Parameter eines als Probe betrachteten Tribokontaktes (Reibflächenpaar, ge bildet zufolge eines mit einem Grundkörper inter agierenden Gegenkörpers - einschließlich des darin be findlichen Zwischenstoffes), beispielsweise von Motor komponenten (wie etwa Welle/Lager, Nocken/Stössel oder Kolbenring/Zylinderlaufbahn), auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen, z. B. bei höheren Temperaturen bis etwa 300 °C oder Drücken, erfasst werden kann. Der erfindungsgemäße Aufbau bietet unter Berücksichtigung des Herstellungs- und Verbindungsverfahrens im Ver gleich zu bisher bekannten zeitgemäßen Sensorprinzipien höhere akustische Leistungen.
Ein triboakustischer Sensor ist definiert als eine Vor richtung, die bestimmte physikalische, hier konkret akustische, Parameter in tribologischen Kontakten als systemspezifische Größen messen kann, wie z. B. Ver schleißtiefe, Kontakt flächenzustand, Größe der mecha nischen Spannungen der am tribologischen Kontakt be teiligten mechanischen Komponenten (also den Fest körpern von Grund- bzw. Gegenkörper) , Viskosität und Filmdicke des Zwischenstoffes.
Reflexions-Ultraschall ist an sich eine etablierte Messmethode. Ein piezoelektrisches Element wird auf der Probe oder - wenn dies im Hinblick auf z. B. kleine Abmessungen oder die besondere Beschaffenheit der Probe erforderlich ist - auf einem „Pufferstab" befestigt, der sich in direktem Kontakt mit der Probe befindet.
Für Messaufgaben in einem Tribokontakt kann die Funk tion des Pufferstabes eine der mechanischen Komponenten übernehmen, die anteilig mit ihrer Reibfläche einen Teil der Berandung eines Tribokontaktes darstellt. Es bieten sich hierfür beispielsweise an: Zylinderlauf bahn, Kolbenring, Lagerschale, Walze, Schiene (vgl. hierzu Mills, Robin, Emin Yusuf Avan, and Rob Dwyer- Joyce . Measuring Lubricant Films at the Piston-Cylinder Contact : An OverView of Current Technologies with Focus on Ultrasound. No. 2013-01-0294. SAE Technical Paper, 2013) .
Das piezoelektrische Sensorelement wird als aktives Element (Wandler) verwendet, um eine Ultraschallwelle zu generieren, die dann gegebenenfalls durch den „Pufferstab" weitergeleitet wird und auf die Probe, im gegenständlichen Fall den Tribokontakt , trifft. An der Grenzfläche des Tribokontaktes (Teile der Reibfläche der betreffenden mechanischen Komponente) wird die Ul traschallwelle teilweise reflektiert. Die reflektierte Welle wird dann als Schwingung wieder vom piezoelek trischen Element (Sensor) empfangen und in ein elek trisches Signal umgewandelt, das die Messinformationen enthält. Welche physikalische Eigenschaft gemessen wird, hängt von der Wellenart ab, die vom piezoelektri schen Element gepulst wird und im Wesentlichen, jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich, transversal oder longitudinal polarisiert ist. Die Reflexion wird haupt sächlich durch Amplitude und Phase charakterisiert, wie in der Norm ASTM E-1065 „E1065-08 Standard Guide for
Evaluating Characteristics of Ultrasonic Search Units", ASTM International (2008), definiert.
Sowohl Phasen- als auch Amplitudenmessungen vergleichen die jeweilige Messgröße der vom tribologischen Kontakt reflektierten Welle mit einem Referenzsignal. Der Ver gleich wird durch den (Gesamt-) Reflexionskoeffizienten R oder als (Gesamt- )Phasenänderung F guantitativ be wertet. Die beiden werden wie folgt bestimmt: f=f„!-fί <2>
Dabei ist Am die Amplitude des als Reflexion von der tribologischen Grenzfläche gemessenen Signals und AR die Amplitude des Referenzsignals, F™ ist die Phase des vom tribologischen Kontakt gemessenen Signals und Fk die Phase des Referenzsignals.
Sowohl der experimentell gemessene Reflexionskoeffi zient als auch die Phasenänderung stehen in direktem Zusammenhang mit der entsprechenden tribologisch rele vanten physikalischen Größe. Beispiele für die Bestim mung der Viskosität des im Tribokontakt befindlichen Schmierstoffes sind der Literatur zu entnehmen (z. B. a) Franco, Ediguer E., Julio C. Adamowski, and Flavio Buiochi . „Ultrasonic viscosity measurement using the shear-wave reflection coefficient with a novel signal Processing technigue." IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics , and freguency control 57.5 (2010) : 1133; sowie b) Shah, Vimal V., and Krishnan Balasubramaniam . „Measuring Newtonian viscosity from the phase of reflected ultrasonic shear wave . " Ultrasonics 38.9 (2000) : 921).
Demnach kann die Scherviskosität h des betreffenden Schmiermediums als Funktion der Phasenänderung oder des Reflexionskoeffizienten wie folgt bestimmt werden: Dabei steht w für die Rotationsfrequenz der Schwingung des Piezoelementes , pf für die Flüssigkeitsdichte und Zs ist die akustische Impedanz des „Pufferstabes".
Ähnliche Algorithmen existieren für andere tribologisch relevante Parameter, wie z. B. zur Messung der Dicke eines Schmierfilmes (siehe Dwyer-Joyce, R. S., B. W. Drinkwater, and C. J. Donohoe . „The measurement of lubricant-f ilm thickness using ultrasound." Proceedings of the Royal Society of London. Series A: Mathematical , Physical and Engineering Sciences 459.2032 (2003): 957- 976) .
Obwohl derartige Informationen z. B. in Hinblick auf die Betriebssicherheit von Anlagen von Bedeutung wären, sind triboakustische Sensoren für den industriellen Einsatz minder geeignet bzw. auf dem Markt kaum ver fügbar bzw. liefern sie nicht die erforderliche Signal güte. Gründe hierfür sind einerseits die rauen Einsatz bedingungen, andererseits die mangelnde Robustheit des Sensoraufbaus , Letztere bedingt durch die derzeit ange wandten Montagemethoden.
Nach dem Stand der Technik gibt es zurzeit keine im Zeitverlauf des Einsatzes stabile bzw. signalgetreue triboakustische Vorrichtung für In-si tu-Überwachung eines Tribokontaktes . Dies ist vor allem auf die Ein- sat zbedingungen der einen Tribokontakt bildenden Kompo nenten und des übergeordneten Aggregates im jeweiligen Anwendungsumfeld (etwa im industriellen Einsatz bei hohen Temperaturen, z. B. 200 °C und darüber, zyklische Belastungen bzw. Vibrationen, hohe spezifische Flächen belastungen, etwa bis zu 3 GPa in Punktkontakten (z. B. in Wälzlagerlaufbahnen)), zurückzuführen. Unter derar tigen Bedingungen zeigt sich bei konventionellen tribo- akustischen Vorrichtungen im Betrieb eine Beeinträch tigung des mechanischen Verbundes zwischen Sensor und zu überwachenden Komponenten, was die Sensorreaktion verändert und damit die Genauigkeit bzw. die Zuver lässigkeit verringert.
Die gegenständliche Erfindung bezieht sich auf eine triboakustische Vorrichtung, die unter thermisch, mechanisch und chemisch anspruchsvollen Umgebungs bedingungen mit hoher Signaltreue arbeiten kann. Die Vorrichtung und deren Bef estigungs- bzw. Verbindungs verfahren werden im Folgenden anhand der Fig. 1 als Explosionsskizze, sowie im Zusammenbau der Fig. 2, und - in einer besonderen Ausführungsform mit Gehäuse bzw. gehäuseähnlicher Vertiefung - der Fig. 3 und der Fig. 4 beschrieben. Dabei zeigt Fig. 2 die Grundkomponenten A des triboakustischen Sensors, bestehend aus piezoelektrische Element 1 mit einer in der Hauptebene, d. i. die Ebene mit den größten längenmäßigen Erstreckungen, gemessene Länge der längeren Seite des piezoelektrische Elements (1) von größer als 5l, Lotschicht 2, metallische Beschichtung 3 und mechanische Komponente 4 mit der Funktion des „Pufferstabes" . Fig. 5 und - in einer besonderen Ausführungsform mit Gehäuse bzw. gehäuseähnlicher Vertiefung - Fig. 6 er läutern die Verbindungstechnik für den Zusammenbau des piezoelektrische Elements 1 mit der metallischen mechanische Komponente 4. Dazu gehören ein metallischer Schirm 15, eine für den Zweck des Montagevorgangs in an sich bekannter Weise kraf taufbringende Gewichtsplatte 16 und eine Wärmeguelle 17.
Das piezoelektrische Element 1 wird Stoffschlüssig über eine Lotschicht 2 und eine metallische Beschichtung 3 mit der mechanische Komponente 4 verbunden, die als akustischer „Pufferstab" dient und das piezoelektrische Element 1 einerseits vom tribologischen Kontakt C trennt, andererseits die akustische Koppelung mit diesem gewährleistet. Als Werkstoff für das piezo elektrische Element 1 wird piezoelektrisches Material eingesetzt, vorzugsweise PZT (Bleizirkoniumtitanat ), BiT (Wismuttitanat ), PT (Bleititanat) , Bleimetaniobat , jeweils in der Struktur von Perowskit oder Schichten strukturen, und weiters Wolfram-Bronze, sofern dieses Material eine Curie-Temperatur von mindestens 300 °C, eine dielektrische Temperaturkonstante von kleiner oder gleich 4 K1 und eine Mittenf reguenz gemäß der erwähnten ASTM-Norm E-1065 zwischen 20 kHz und 100 MHz aufweist.
Das Hauptmerkmal bei der Herstellung der Grundkomponen ten A des triboakustischen Sensors ist die zwischen piezoelektrische Element 1 und mechanische Komponente 4 realisierte Verbindung, bestehend aus Lotschicht 2 und metallische Beschichtung 3. Im Gegensatz zu her kömmlichen Verbindungsmethoden durch Verwendung eines Epoxids bzw. anderen Klebstoffs oder keramischer Stoffe wird erfindungsgemäß die Verbindung aus piezoelek trische Element 1 und mechanische Komponente 4 durch Löten unter bestimmten Spezifikationen und nach entsprechender Vorbereitung der genannten Komponenten hergestellt. Damit werden erhebliche Nachteile üblicher Verbindungstechniken vermieden:
Um akustisch hinreichend wirkungsvolle, dünne Verbin dungsschichten zu erreichen, sind bei Verwendung von Epoxiden Varianten mit niedriger Viskosität zu ver wenden. Derartige Epoxidschichten verlieren die Funk tionalität im Laufe der Zeit unter extremen Betriebs bedingungen, und das ordnungsgemäße Haften des Aufbaus wird nicht mehr gewährleistet. Darüber hinaus ist die zuverlässige Kontrolle über Dicke sowie gleichbleibende Qualität der Verbindung schwierig zu erreichen.
Alternative, nach dem Stand der Technik angewandte Methoden zur Verbindung von Piezoelementen mit einem „Pufferstab" sind die Verwendung von keramischen Stoffen, Löttechniken sowie mechanische Verbindungen durch einfaches Zusammenpressen. Die Verwendung von solchen Lötpasten, um eine leitende Elektrode des piezoelektrische Elements 1 auf einer metallische Beschichtung 3 (metallisierten Substratoberfläche) der mechanische Komponente 4 zu fixieren, ist bekannt, siehe beispielweise a) Daidai, Muneyuki . „Chip-type piezoelectric component . " U.S. Patent No. 6,531,806. 11 Mar. 2003, b) Kitajima, Masayuki, et al . „Method of bonding piezoelectric element and electrode, and piezoelectric microactuator using the bonding method." U.S. Patent No. 6,541,898. 1 Apr . 2003, c) Rinner, Franz, et al. „Solder material for fastening an outer electrode on a piezoelectric component and piezo electric component comprising a solder material." U.S. Patent No. 8,823,245. 2 Sep. 2014.
Die gegenständliche Erfindung ist wesentlich gekenn zeichnet durch Verbesserung des Verfahrens zur stoff schlüssigen Verbindung des piezoelektrische Elements 1 und der präparierten Oberfläche der mechanische Kompo nente 4. Die hier beschriebene Methode zur Befestigung bzw. Verbindung (unter den beschriebenen Randbe dingungen) der Grundkomponenten A des triboakustischen Sensors verbessert den Stand der Technik in der Tribo- akustik, weil dadurch die Dicke der Lötverbindungs zone B gering gehalten werden kann und die Herstellung solcher Kontakte auch auf (stark) oxidierten Ober flächen ermöglicht wird. Diese Verbesserungsschritte sind entscheidend, um einen leistungsfähigeren, stabi leren triboakustischen Reflexionssensor mit besseren akustischen und mechanischen Eigenschaften herzu stellen . In diesem Zusammenhang ist nochmals hervorzuheben, dass die Art der Verbindungsmethode relevante, d. h. guali- tätsbestimmende Auswirkungen auf die Eigenschaften der triboakustischen Messvorrichtung hat. Beispielsweise erfährt bei der Verwendung von keramischen Verbindungs stoffen und beim Hartlöten der gesamte Aufbau der Verbindung eines Piezoelementes mit einem Substrat („Pufferstab") eine thermische Behandlung bei Tempera turen über 600 °C, was einerseits hochtemperatur geeignete Piezoelemente voraussetzt und andererseits - nach Abschluss der Verbindungsprozedur - eine zusätz liche Repolarisierung des Piezoelementes selbst erfor dert. Die simple mechanische Verbindung durch Zusammen pressen hingegen erfordert die Verwendung von zumeist komplizierten Vorrichtungen, um das Piezoelement mit dem jeweiligen Substrat zu kontaktieren, und ist daher für kompakte Geräte nicht geeignet.
Löten und Kaltlöten haben mehrere Vorteile im Vergleich zu den oben genannten Verbindungstechniken. Allerdings erfordern moderne Lötmethoden eine nach dem Stand der Technik komplizierte Vorbereitung durch Aufbringen von Beschichtungen der für die Verbindung vorgesehenen Flächen, um bestehende störende Oxidfilme von den aus Metall bestehenden mechanische Komponente 4 zu ent fernen und anschließendes Löten zu ermöglichen. Her kömmliche Beschichtungen von mechanische Komponente 4 sind aus Sicht der akustischen Signalantwort wegen zu großer Schichtdicken nicht ideal. Um die akustische Re flexion nicht zu stören, muss die Lötverbindungszone B eine Dicke von nicht mehr als l/10 - mit l als Wellen länge der Schallwelle des piezoelektrische Elements 1 - aufweisen. Abhängig von der Betriebst reguenz des piezo elektrische Elements 1 und dem Werkstoff der mecha nische Komponente 4 muss Lotschicht 2 etwa 1-50 pm dick sein. Darüber hinaus darf das Verbindungsverfahren (z. B. bei erforderlichem Brennen in Öfen) keine Depolarisation des piezoelektrische Elements 1 hervor- rufen und keine unerwünschten Gradienten in der ther mischen Ausdehnung zwischen piezoelektrische Element 1, Lotschicht 2 und mechanische Komponente 4 induzieren, Letzteres würde ein Ablösen des piezoelektrische Elements 1 vom Substrat hervorrufen oder zumindest begünstigen .
Um die Grundkomponenten A des triboakustischen Sensors zu realisieren, der langlebig und resistent gegen ther mische Zyklen (bis 300 °C) sowie (zyklische) mecha nische Belastungen (bis 3 GPa) ist, von Umgebungsbe dingungen unabhängige Messsignale liefert und zuverläs sig unter Vermeidung nachteiliger Effekte (z. B. Depo larisation, wie oben beschrieben) mit reproduzierbarer Qualität hergestellt werden kann, ist es - neben den geeigneten Algorithmen zur hochzuverlässigen Messung der Referenzphase und Referenzamplitude des akustischen Signales - erforderlich, die Lötverbindungszone B zwi schen piezoelektrische Element 1 und mechanische Kompo nente 4 unter Berücksichtigung bestimmter Spezifi kationen zu gestalten. Die erfindungsgemäße Gestaltung des triboakustischen Sensors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lötver bindungszone B zwischen piezoelektrische Element 1 und mechanische Komponente 4 eine Dicke von nicht mehr als einem Zehntel der Wellenlänge der Betriebst reguenz (d. h. l/10) aufweist, wie anhand von Fig. 7 gezeigt, wo beispielhaft die Lötverbindungszonen-Dicke 19 der Lötverbindungszone B in Relation zu der Dicke 18 des piezoelektrische Elements 1 dargestellt ist.
Die Einschränkungen bestehender Verbindungstechniken werden dadurch vermieden, dass mechanische Komponente 4 vor dem löttechnischen Herstellen von Lotschicht 2, wie weiter unten noch im Detail beschrieben, mit einer dünnen metallische Beschichtung 3 versehen und metalli siert wird. Diese metallische Beschichtung 3 besteht bevorzugt aus Nickel (Ni) oder aus der Gruppe der Metalle Silber (Ag), Gold (Au), Palladium (Pd), Kupfer (Cu), Zinn (Sn), Rhodium (Rh), jeweils auch in Form von Legierungen innerhalb der genannten Metalle. Die primäre Ni-Schicht wird verwendet, um die Oxide von der mechanische Komponente 4 als vorgesehenes Metallsub strat zu entfernen, während die metallische Beschich tung 3 das Anlöten des piezoelektrische Elements 1 ermöglicht und die Lötverbindungszone B vor Korrosion in rauen Umgebungen schützt.
Die mechanische Komponente 4 besteht aus einem Metall insbesondere aus Aluminium, Stahl, Kupfer, Titan und deren Legierungen, oder einem im Wesentlichen aus Metall bestehenden Verbundwerkstoff, z. B. mit Wolfram- carbid .
Um die Lötverbindung herzustellen, wird als Vorstufe für die Lotschicht 2 bevorzugt eine Lötpaste, alter nativ auch eine andere Art der Bereitstellung des Löt- metalles (Lotes), z. B. Lötstreifen oder Lötband, ver wendet, wobei die metallischen Bestandteile jeweils aus Metallen aus der Gruppe Sn, Ag, Cu, Ga, Ni, Co, Pd, Pt, Au, Rh bestehen und die Größe der dispergierten Teilchen der Metallpartikel zwischen 1-30 pm liegt.
Bei der zur Realisierung von Lotschicht 2 verwendeten Lötpaste oder gegebenenfalls der erwähnten Alternativen hat die Benetzungszeit höchstens 3 s zu betragen und ihre Schmelztemperatur höchstens 300 °C. Darüber hinaus beträgt die Oberflächenrauheit der mechanische Kompo nente 4 vor dem Aufbringen der metallische Beschichtung 3 im Bereich der Lötverbindungszone B höchstens Ra = l/100.
Im Hinblick darauf, dass eine Depolarisierung des piezoelektrische Elements 1 zu vermeiden und ebenso das Niveau von Eigenspannungen in der metallische Beschich tung 3 möglichst gering zu halten sind, wird eine Wärmeguelle 17 verwendet, die das Lot mit der oben beschriebenen Zusammensetzung innerhalb von maximal 3 s schmilzt und sich zu diesem Zweck in einem Abstand von höchstens 10 mm von der Verbindungszone befindet. Die Wärmeguelle 17 verfügt über eine Heizleistung von zumindest 500 W und generiert, z. B. als Heißluft pistole, einen Heißluf tstrom von mindestens 100 1/min, vorzugsweise jedoch von mindestens 250 1/min.
Der konfektionierte triboakustische Sensor (im Wesent lichen das auf der mechanische Komponente 4 montierte piezoelektrische Element 1) wird anhand von Fig. 3 als Explosionsskizze und als Zusammenbau in Fig. 4 erläutert: Zum Ensemble gehören ein gehäuseähnlicher Aufbau 8, der dem Schutz der einzelnen Komponenten dient und der durch ein an sich bekanntes Verfahren, wie beispielsweise Löten, Kleben oder Schweißen, mit der mechanische Komponente 4 verbunden oder gegebenen falls als Ausnehmung 13 (Fig. 6) der mechanische Kom ponente 4 ausgeführt ist, ein Hochfreguenz- (HF- )Steck verbinder 6 zur Kommunikation der elektrischen Signale mit einer Mess- und Steuerelektronik D (Fig. 8), ein typischerweise aus Messing oder Kupfer gefertigter Rauschunterdrückungsstreifen 7 für die Reduzierung des Störeinflusses elektromagnetischer Quellen, die der mechanische Komponente 4 zugewandte Fläche des Tribo- kontaktes (Grenzfläche 14), eine Vergussmasse 12, eine Abdeckung 11, ein Anschlussdraht 5 für die elektrischen Anschlüsse des piezoelektrische Elements 1 und die mechanische Komponente 4 (Pufferstab) . Diese kann bei spielsweise der Zylinder einer Verbrennungskraftma schine, die Außenfläche eines Kolbens, eine Gleitlager buchse oder ein Gleitkissen eines Nockentriebes sein. Um die mechanische Rückstreuung an der der mechanische Komponente 4 gegenüberliegenden Seite des piezoelek- trische Elements 1 zu reduzieren, wird die Vergussmasse 12 verwendet, die vorzugsweise aus Epoxidharz besteht, porös ist und/oder Metallpulver (z. B. Ti) enthält.
Eine typische Steuerelektronik des Sensors ist in Fig. 8 dargestellt. Diese besteht aus einer Steuerung 30, die den Signalgenerator 31 steuert. Das elektronische Signal wird durch einen Verstärker 32 verstärkt und steuert die Anregung des piezoelektrische Elements 1 im triboakustischen Sensor über den Anschlussdraht 5. Das reflektierte Ultraschallsignal durchläuft den Anschlussdraht 5, wird mit einem Filter 33 gefiltert, nach einem Verstärker 34 angezeigt und beispielsweise von einem Oszilloskop 35 gespeichert. Die Nachbearbeitung der erfassten Daten erfolgt dann beispielsweise in der Steuerung 30 oder in einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) .
Die Verbindungsfläche zwischen piezoelektrisch Element 1 und mechanische Komponente 4 ist insbesondere eben ausgeführt bzw. weist eine Krümmung mit einem Radius von mindestens dem Zehnfachen eines allfälligen Radius der für Lotschicht 2 vorgesehenen Fläche der Elektrode lb des piezoelektrische Elements 1 auf. Die elektrische Kontaktierung la und lb des piezoelektrische Elements 1 erfolgt über Elektroden aus Metall bzw. Metallen der Gruppe aus Ag, Cu, Au, Pd, Ni und deren Legierungen. Die Oberflächen der Elektroden la und lb werden zunächst mechanisch gereinigt, um insbesondere Oxide zu entfernen. Hierfür werden an sich bekannte Methoden eingesetzt, beispielsweise die Verwendung einer Glas faserbürste oder die Gasplasmareinigung.
Die metallische Beschichtung 3 und die weitere Vorbe reitung der Elektroden la und lb des piezoelektrische Elements 1 muss chemische Schritte (wie z. B. Beizen) beinhalten, die eine mögliche Passivierung der Ober fläche verhindern.
Die Dicke der metallische Beschichtung 3 ist im Zusam menhang mit der für die Betriebsfreguenz des piezoelek trische Elements 1 charakteristischen Wellenlänge fest zulegen und beträgt nicht mehr als l/10. Typischerweise liegt die Schichtdicke im Bereich von 1-50 pm.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen den Montagevorgang der instrumentierten mechanische Komponente 4.
Für den weiteren Montagevorgang wird eine Lötpaste auf die metallische Beschichtung 3 aufgebracht. Die werk stofftechnische Zusammensetzung bzw. deren Spezifika tionen sind bereits weiter oben angeführt.
Flussmittel als weitere Komponente für die Herstellung von Lotschicht 2 wird mechanisch auf die für die zur Herstellung der Verbindung vorgesehene Oberfläche der metallische Komponente 4 aufgetragen, um diese während des Lötprozesses weiter oxidfrei zu halten. Das piezo elektrische Element 1 wird dann auf der Lötpaste - zweckmäßigerweise mit Hilfe einer Gewichtsplatte 16 - in dem vorgesehenen Oberflächenbereich der mit der metallische Beschichtung 3 ausgestatteten mechanische Komponente 4 platziert und durch Aufbringen einer Kraft, gegebenenfalls einer Gewichtskraft, im Bereich von 2-10 N, vorzugsweise 5 N belastet, wie Fig. 5 - und alternativ Fig. 6 für die Unterbringung des piezoelektrische Elements 1 in einer Vertiefung, bei spielsweise einer Nut, der mechanische Komponente 4 verdeutlicht, um eine möglichst gleichmäßige und dünne Lötverbindungszone B zu erhalten.
Sodann wird eine Wärmeguelle 17 in einem geringen Ab stand (<10 mm) des piezoelektrische Elements 1 ge bracht. Die Heizleistung der Wärmeguelle 17 wird mit mindestens 500 W gewählt.
Im Hinblick auf Vermeidung einer Depolarisation des piezoelektrische Elements 1 und nachteiliger thermi scher Dehnung ist eine Schmelzzeit für die verwendete Lötpaste von weniger als 3 Sekunden einzuhalten.
Sobald das Lot geschmolzen ist, wird die Wärmeguelle 17 entfernt, damit Lotschicht 2 abkühlen und sich verfes tigen kann.
Das mit dem Einsatz des erfindungsgemäßen tribo- akustischen Sensors angewendete Messverfahren wird im Folgenden erläutert:
Gleichung 1 und 2 zeigen, dass Reflexionskoeffizienten von der Genauigkeit abhängen, mit der die Referenz- amplitude und Referenzphase gemessen werden. Referenzen werden normalerweise von einer Zwischenschnittstelle (Grenzfläche) innerhalb fester Kontinuen oder einer Grenzfläche mit Gas bzw. Luft erfasst. Für das erfin dungsgemäße Messverfahren wird eine neue Methode der Ref erenzierung verwendet. Hierfür werden zur Bestimmung von Referenzgrößen die Reflexionsamplituden 10 des Schallsignales an der Grenzfläche (der mechanische Komponente 4) mit einer in newtonschen Flüssigkeit mit einer Viskosität von weniger als 5 mPa s gemessen. Fig. 9 bis Fig. 11 zeigen einen Vergleich, zwischen der an einer Grenzfläche mit einem Referenzschmierstoff (Fig. 11 und Fig. 12) und der an einer Grenzfläche mit Luft erfassten Reflexionsamplituden 10 (Fig. 9 und Fig. 10) . Es ist zu erkennen, dass der anhand der Reflexion von einer Grenzfläche mit einer Flüssigkeit mit niedriger Viskosität erfasste Referenzparameter einen geringeren Messfehler aufweist: Die Abweichung vom Mittelwert beträgt hier lediglich bis zu 7 % - im Gegensatz zu der Messung an der Grenzfläche mit Luft bis zu 15 %. Für die Auswertung der Schallsignalpegel zur Bestimmung physikalischer Parameter im Tribokontakt ist dies von entscheidender Bedeutung, da sich Fehler bei der Messung der Referenzparameter nicht nur bei der Messung des Reflexionskoeffizienten, sondern überpro portional bei der Bestimmung der relevanten physika lischen Parameter auswirken. Dies geht z. B. aus den Gleichungen 3 und 4 hervor. Die Anwendung dieser erfin- dungsgemäßen Referenzmethode führt daher zu einer beträchtlichen Steigerung der Messgenauigkeit.
Die Messprozedur wird nachfolgend anhand einer An wendung im Tribokontakt eines Maschinenelementes, bei spielhaft für den Kontakt Nockenwelle - Kipphebel (vgl. Fig. 13) beschrieben: Während der Messung sendet das piezoelektrische Element 1 ein auswertbares Signal, eine Ultraschallwelle, vorzugsweise in Form eines Chirp, Burst, einer kontinuierlichen Welle oder stehen den Welle, das sich durch das Gleitkissen 26 ausbrei tet, bis sie auf die Grenzfläche 27 mit dem Zwischen stoff 28 auftrifft.
Die erste Reflexion 23 eines Teils der Schallenergie findet zwischen der Gleitkufe 21 und dem Gleitkissen 26, im Oberflächenbereich 22 der Grenzfläche 27 statt, die dem piezoelektrische Element 1 zugewandt ist. Die Reflexion 23 wird zum piezoelektrische Element 1 zu rückübertragen und als Referenz verwendet. Die zweite Reflexion 25a eines Teils der Schallenergie findet zwischen dem Gleitkissen 26 und dem Zwischenstoff 28, im Oberflächenbereich 24 der Grenzfläche 27 statt. Die dritte Reflexion 25b eines Teils der Schallenergie findet zwischen der Reibfläche 29 des im Tribokontakt interagierenden Gegenkörpers, welche mit einem Zwi schenstoff 28 (in diesem Fall Öl) von der Grenzfläche 27 im Oberflächenbereich 24 getrennt sein kann, statt. Der Unterschied zwischen der zweiten Reflektion 25a und dritter Reflexion 25b führt zur Information den tribo- logischen Kontakt betreffend, deren charakteristische Parameter gemäß Gleichung 5 mit den Parametern der Referenzreflexion verglichen werden.
Der Index 1 bezieht sich auf die Reflexion 23 und der Index 2 entweder auf die Reflexion 25a oder 25b.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessene Re flexionskoeffizient wird nachfolgend in physikalische Parameter des Tribokontakts , z. B. Verschleißtiefe oder Schichtdicke eines Adhäsionsbelages einer Reibfläche, umgewandelt. Durch eine Kombination von Wellenmoden und einer Kombination von Reflexions- und Phasenmesstech niken können simultan weitere tribologisch relevante Parameter ermittelt werden.
Fig. 9 bzw. Fig. 11 zeigen die einfallende Ultraschallwelle 9 und Fig. 10 und Fig. 12 den Vergleich der Abweichung von Reflexionsamplituden 10 gemessen mit der herkömmlichen Referenzierungsmethode (mit Luft an der reflektierenden Grenzfläche) (Fig. 9 und Fig. 10) mit der erfindungsgemäßen Methode (Fig. 11 und Fig. 12), bei der das reflektierte Schallsignal, bei Anwesenheit eines niedrigviskosen newtonschen Fluids 20, an der Grenzfläche 14 ausgewertet wird. Die Verwendung einer Flüssigkeitsschicht an der Grenzfläche 14 reduziert die Ungenauigkeit um bis zu 50 % über den für die Referenzierung betrachteten Temperaturbereich. Als Referenzflüssigkeit wird eine Flüssigkeit mit einem Molekulargewicht von unter 300 g/mol und einer Viskosität unter 10 mPa s, vorzugsweise unter 5 mPa s, verwendet, unter anderem Sgualen, Hexadecan, reines Wasser, Mineralöle und synthetische Öle mit den vorstehend genannten Spezifikationen.
Als Beispiel für einen erfindungsgemäßen Anwendungsfall für den triboakustischen Sensor wird eine bevorzugte Applikation, direkt integriert in eine Gleitkufe 21 eines Kipphebels, nachstehend im Detail beschrieben, und in Fig. 13 dargestellt:
Auf der freien, gegenüber dem Gleitkissen 26 liegenden, Oberfläche der Gleitkufe 21 des Kipphebels wird eine Vertiefung bzw. Ausnehmung 13, im Speziellen eine Nut, hergestellt. Die Oberfläche der Ausnehmung wird so be arbeitet, dass sie ein Rauheit Ra von nicht mehr als l/100 aufweist. Sie wird nach dem oben beschriebenen Verfahren metallisiert. Das piezoelektrische Element 1 wird aus den bereits erwähnten Materialien gefertigt und nach dem oben beschriebenen Verfahren mit der mechanische Komponente 4 (hier die Gleitkufe 21 des Kipphebels) löttechnisch verbunden (bevorzugte Applika tion) . Das piezoelektrische Element 1 wird mit dem Anschlussdraht 5 verbunden und dann mit einer wasser dichten Vergussmasse 12 vergossen.

Claims

Patentansprüche
1. Triboakustischer Sensor zur messtechnischen Erfas sung physikalischer Parameter eines Tribokontakts, in einer Grundkomponente (A) , im Wesentlichen bestehend aus einem, auf einer mechanische Komponente (4) appli zierten aktiven piezoelektrische Element (1) , gekenn zeichnet dadurch, dass die akustische Energieüber tragung zwischen diesen beiden Komponenten lediglich durch eine einzige Lötverbindungszone (B), bestehend aus Lotschicht (2) und metallischer Beschichtung (3) , erfolgt .
2. Triboakustischer Sensor nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Lötverbindungszone (B) nicht mehr als l/10, in Abhängigkeit von der Betriebst reguenz und der daraus resultierenden Wellenlänge l der akustischen Welle des piezoelektrischen Elements (1) selbst, beträgt.
3. Triboakustischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass das piezoelek trische Element (1) mit der mechanischen Komponente (4), mithilfe einer auf dieser aufgebrachten metallischen Beschichtung (3) und mittels Weichlötvorgang hergestellter Lotschicht (2) , stof fschlüssig verbunden ist und die mechanische Komponente (4) an der der Lötverbindungszone (B) gegenüberliegenden Seite eine Grenzfläche (14) eines Tribokontakts bildet, das piezoelektrische Element (1) zur Kommunikation der elektrischen Signale mit einer Mess- und Steuerelektronik (D) über einen Anschlussdraht (5) sowie über einen Hochf requenz-HF- Steckverbinder (6) und weiters über einen, aus Messing oder Kupfer gefertigten, Rauschunterdrückungsstreifen (7) verfügt, und die Grundkomponente (A) des triboakustischen Sensors in einem, mit der mechanischen Komponente (4) verbundenen gehäuseähnlichen Aufbau (8) oder unmittelbar in einer Ausnehmung (13) der mecha nischen Komponente (4) untergebracht ist.
4. Triboakustischer Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäuseähnliche Aufbau (8) oder die entsprechende Ausnehmung (13) der mechanischen Komponente (4) mit einer Abdeckung (11) versehen ist.
5. Triboakustischer Sensor nach einem der Ansprüche 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkomponen ten (A) des triboakustischen Sensors in einer in die Hohlräume des gehäuseähnlichen Aufbaus (8) bzw. der entsprechenden Ausnehmung (13) der mechanischen Kom ponente (4) eingebrachten Vergussmasse (12) einge schlossen ist.
6. Triboakustischer Sensor nach Anspruch 5, wobei die mechanische Komponente (4) aus einem Metall, insbe sondere aus Aluminium, Stahl, Kupfer, Titan, und deren Legierungen, oder einem im Wesentlichen aus Metall aufgebauten Verbundwerkstoff, z. B. mit Wolframcarbid, besteht und: a. die Verbundfläche zwischen dem piezoelektrische Element (1) und der mechanischen Komponente (4) eben ausgeführt bzw. eine Krümmung mit einem Radius von mindestens dem Zehnfachen eines allfälligen Radius der für Lotschicht (2) vorgesehenen Fläche (lb) des piezoelektrische Elements (1) aufweist, und b. die Seitenlängen in der Hauptebene, d. i. die Ebene mit den größten längenmäßigen Erstreckungen, des piezoelektrische Elements (1) größer oder gleich dem 5-fachen der Erstreckung des akustischen Nahfeldes bei der Betriebsf reguenz des piezoelek trische Elements (1) ausgeführt sind.
7. Triboakustischer Sensor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das piezoelektrische Element (1) aus piezoelektrischem Material, vorzugsweise aus wenig stens einem Material der Gruppe PZT, BiT, PT, Bleimetaniobat in der Struktur von Perowskit oder einer Schichtstruktur, und weiters Wolfram-Bronze, besteht und folgende Spezifikationen aufweist, nämlich : a. die in der Hauptebene, d. i. die Ebene mit den größten längenmäßigen Erstreckungen, gemessene Länge der längeren Seite des piezoelektrischen Elements (1) größer ist als 5l, b. eine Mittenf reguenz , gemäß Norm ASTM E-1065 definiert, 0,02-100 MHz beträgt, c. die thermische Dielektrizitätskonstante des Werkstoffes des piezoelektrischen Elements (1) weniger als 4 K1 beträgt, d. der Werkstoff des piezoelektrischen Elements (1) eine Curie-Temperatur von mindestens 300 °C aufweist .
8. Triboakustischer Sensor nach Anspruch 7, wobei das piezoelektrische Element (1) über metallisierte Elek troden, hergestellt vorzugsweise aus Ag, Cu, Au, Pd, Ni oder einer Kombination bzw. Legierung aus den genannten Metallen, verfügt.
9. Herstellverf ahren für einen triboakustischen Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei a. eine Oxidschicht (4a) auf der Elektrode (lb) auf der für die löttechnische Verbindung vorge sehenen Seite des piezoelektrische Elements (1) , beseitigt wird, b. auf der für die Lötverbindung der mechanischen Komponente (4) vorgesehenen Fläche eine metallische Beschichtung (3) auf Nickel-Basis aufgebracht wird, c. zur Herstellung der Lotschicht (2) bzw. der Lötverbindungszone (B) eine Lötpaste bzw. alternative Materialien, beispielsweise Bänder, ausgewählt wird/werden, die als wesentliche Bestandteile in einer üblichen Trägersubstanz dispergierte Metallpartikeln in der Größe zwischen 1-30 mpi von zumindest einem Metall aus der Gruppe Sn, Ag, Cu, Ga, Ni, Co, Pd, Pt, Au, Rh enthält/enthalten und eine Benet zungs zeit von weniger als 3 s aufweist/aufweisen, wobei die Lötverbindungszone (B) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gleich oder kleiner als 20 106 m/ (m K) hat.
10. Herstellver fahren für einen triboakustischen Sensor nach Anspruch 9, wobei die für die Lötverbindungszone (B) vorgesehene Oberfläche der mechanische Komponente (4) eine Oberflächenrauheit Ra < l/100 und die Lötverbindungszone (B) eine Dicke von nicht mehr als l/10 aufweist.
11. Herstellver fahren für einen triboakustischen Sensor nach Anspruch 10, wobei für die löttechnische Verbindung des piezoelektrischen Elements (1) mit der mechanischen Komponente (4) mittels der Lötver bindungszone (B) a. eine Wärmeguelle (17) mit einer Mindestleistung von 200 W, bevorzugt jedoch von mehr als 500 W, und einem Heißluf tstrom von mindestens 250 1/min eingesetzt wird, b. senkrecht auf die freie Oberfläche (la) des piezoelektrischen Elements (1) , gegebenenfalls mit Hilfe einer Gewichtsplatte (16) , eine Kraft von 2- 10 N, vorzugsweise von 5 N, aufgebracht wird.
12. Messverfahren unter Verwendung des triboakustischen Sensors nach einem der Ansprüche 6 bis 8 zur Messung physikalischer Parameter eines Tribokontakts, dadurch gekennzeichnet, dass a. das piezoelektrische Element (1) in Kombination von Transversal- und Longitudinalwellen betrieben wird, b. die mechanische Komponente (4) in der Anwendung als Maschinenelement, wie beispielsweise Lager büchse oder Zylinderlaufbahn, anteilig mit zumin dest einem Teil ihrer Reibfläche eine der Grenz fläche (14) eines Tribokontakts, d. i. ein Reib flächenpaar zufolge eines mit einem Grundkörper interagierenden Gegenkörpers inklusive des dazwi schen befindlichen Zwischenstoffes, darstellt, c. durch Referenzierung auf das Messverhalten einer der mit einer newtonschen Flüssigkeit (20) mit einer Viskosität von nicht mehr als 5 mPa s bei 20-30 °C, vorzugsweise bei 25 °C, vorgenommenen Kalibrierung unter Verwendung der Reflexion des Schallsignals an einer Grenzfläche (14) Änderungen im akustischen Reflexionsverhalten in Amplitude und Phase der Grenzfläche (14) zur Messung der Temperatur der mechanischen Komponente (4) verwendet werden und d. durch gleichzeitige Messung der Amplitude des Reflexionskoeffizienten und der Phasenänderung der Reflexionsamplituden (10) von der Grenzfläche (14) des Tribokontakts mittels geeigneter Korrelationen bzw. Algorithmen insbesondere Verschleißtiefe der Reibfläche der mechanischen Komponente (4) und Schichtdicke des Zwischenstoffes (28) ermittelt werden .
13. Messverfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass a. das piezoelektrische Element (1) mit Ultra schallschwingungen im Freguenzbereich von 0,02- 100 MHz betrieben wird, b. die Schwingungen als kurze Bursts, Chirps und kontinuierliche Wellen als Sweeps oder in freguenz- modulierten stehenden Wellen ausgeführt werden, c. für die Messauswertung und gegebenenfalls gleichzeitige Messung mehrerer physikalischer Para meter zur Charakterisierung des Tribokontakts, wie Temperatur, mechanische Spannung (spezifische Belastung) , Filmdicke und rheologischen Eigen schaften des im Tribokontakt vorhandenen Schmier stoffes, das Signal der von der Grenzfläche (14) reflektierten Reflexionsamplituden (10) herange zogen wird.
14 . Anwendung des triboakustischen Sensors nach einem der Ansprüche 6 bis 8 auf einen durch Maschinenelemente gebildeten Tribokontakt (C) , insbesondere den Tribo- kontakt Ventilkipphebel-Nockenwelle, dadurch gekenn zeichnet, dass a. die mechanische Komponente (4) durch zumindest einen Teil eines Maschinenelementes mit einer am Tribokontakt beteiligten Reibfläche, insbesondere eines Gleitkissens (26) einer Gleitkufe (21) eines Kipphebels gebildet wird, b. zur Aufnahme der Grundkomponenten (A) und der weiteren Komponenten des triboakustischen Sensors in der im Wesentlichen der Gleit- bzw. Reibfläche gegenüberliegenden, freien Fläche des Maschinen elementes, beispielsweise der Gleitkufe (21), eine Nut oder sonst geeignete, beispielsweise prisma tische oder nutenförmige, Ausnehmung (13) vorge sehen ist, c. der für die Verbindung des piezoelektrischen Elements (1) mit einer Mess- und Steuerelektronik (D) erforderliche Anschlussdraht (5) ohne Beein trächtigung durch den Zwischenstoff (28) entlang der Oberfläche des Maschinenelementes, z. B. des Kipphebels, verläuft, d. die Reflexion (23) im Oberflächenbereich (22) der Grenzfläche (27) zwischen dem Gleitkissen (26) und der Gleitkufe (21) für die Bestimmung der Referenzamplitude Ar herangezogen werden, und e. die Reflexion (25a) im Oberflächenbereich (24) der Grenzfläche (27) sowie die Reflexion (25b) an Reibfläche (29), jeweils insbesondere im Kontakt mit Zwischenstoff (28), für die Korrelation zur Bestimmung von charakteristischen Eigenschaften des Tribokontakt s (C), wie beispielsweise Verschleiß der mechanischen Komponente (4) , Schichtdicke ad häsiver Ablagerungen sowie die rheologischen Eigen schaften des Schmierstoffes, herangezogen werden.
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JP2002141576A (ja) 2000-11-02 2002-05-17 Fujitsu Ltd ピエゾ素子と電極との接合方法及び該接合方法を使用したピエゾマイクロアクチュエータ
DE102009054068A1 (de) 2009-11-20 2011-05-26 Epcos Ag Lotmaterial zur Befestigung einer Außenelektrode bei einem piezoelektrischen Bauelement und piezoelektrisches Bauelement mit einem Lotmaterial
DE102015005667A1 (de) * 2015-05-02 2016-11-03 Grasse Zur Ingenieurgesellschaft Mbh Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Vernetzungsreaktion reaktiver Kunststoffe
US11079359B2 (en) * 2017-06-07 2021-08-03 General Electric Company Sensor system and method

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