WO2019101982A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG MINDESTENS EINER MESSTECHNISCH ERFASSBAREN GRÖßE IN BEZUG AUF EINE EIGENSCHAFT EINER OBERFLÄCHE EINES WERKZEUGS - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG MINDESTENS EINER MESSTECHNISCH ERFASSBAREN GRÖßE IN BEZUG AUF EINE EIGENSCHAFT EINER OBERFLÄCHE EINES WERKZEUGS Download PDF

Info

Publication number
WO2019101982A1
WO2019101982A1 PCT/EP2018/082488 EP2018082488W WO2019101982A1 WO 2019101982 A1 WO2019101982 A1 WO 2019101982A1 EP 2018082488 W EP2018082488 W EP 2018082488W WO 2019101982 A1 WO2019101982 A1 WO 2019101982A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tool
capacitor
electrically conductive
layer
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/082488
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
André Weiss
Mathias Liewald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Stuttgart
Original Assignee
Universitaet Stuttgart
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Stuttgart filed Critical Universitaet Stuttgart
Publication of WO2019101982A1 publication Critical patent/WO2019101982A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0985—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/24—Investigating the presence of flaws
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D66/02—Apparatus for indicating wear
    • F16D66/021—Apparatus for indicating wear using electrical detection or indication means

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining at least one metrologically detectable variable in relation to a property of a surface of a tool, a computer program which is adapted to perform the steps of the method, and a functional element in which such a device is present.
  • the measurable variable includes, in particular, a mechanical wear of the surface of the tool, wherein the method and the device can be used simultaneously for further metrologically detectable variables, preferably a temperature on the surface of the tool, a force on the surface of the tool or to determine a speed with respect to the surface of the tool.
  • the prior art discloses methods and devices for determining at least one measurable quantity with respect to a property of a surface of a tool.
  • a mechanical wear of the surface of the tool can be detected by means of a visual inspection of the surface of the tool or an application of sound or ultrasound to the tool. While the visual inspection of the surface is a complex and subjective process, structure-borne noise requires a complex measurement technique, with which cracks in the surface of the tool are difficult to detect.
  • these methods and devices usually can not be performed during operation of a functional element whose surface is to be monitored, in particular with regard to wear.
  • a temperature at the surface of the tool For the determination of further metrologically detectable variables, in particular a temperature at the surface of the tool, a force on the surface of the tool or a rotational speed with respect to the surface of the tool, separate methods and devices are also required. These include, for example, pyrometers, thermometers and / or thermal imaging cameras for determining the temperature on the surface of the tool or load cells with
  • Strain gauges or piezoelectric elements for determining the force on the surface of the tool, while the speed in relation to the surface of the Tool over a measurement of an induction voltage, by using a
  • Stroboscope or absolute angle measuring systems can be done.
  • DE 43 12 354 C1 discloses a sensor for measuring the wear of the surface of a machine part as exposed in the machine part with its wear
  • DE 37 01 643 A1 discloses a signaling device with signaling device for reporting the wear condition of at least one brush of an electric slip ring or commutator with a in or on the brush on or attached
  • Wear alarm contact which closes upon reaching a predetermined state of wear a Signalgabestrom Vietnamese in which a current sensing device is arranged, wherein in the Signalgabestrom Vietnamese a frequency generator and at least one
  • Capacitor are arranged, wherein the capacitance of the capacitor is tuned to the frequency of the frequency generator such that the capacitor is permeable to the current of the frequency generator determined by the frequency,
  • EP 0 258 215 B1 discloses a method for producing state transducers for measuring the wear in the surface of a mechanical component.
  • the method includes attaching electrical conductors as state transducers to the surface of the component having such an arrangement of conductors as to emit an electrical signal in response to the sensed condition of the component, and further attaching one or more microelectronic circuits to the surface of the component , with the circles to the electrical conductors
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for determining at least one metrologically detectable variable with respect to a property of a surface of a tool, a computer program which is adapted to perform the steps of the method, and a Functional element, in which such a device is present to provide, which do not have the disadvantages of the prior art.
  • the method and the device should preferably enable the determination of the mechanical wear of a tool incorporated in a functional element and not necessarily accessible from the outside surface of a tool, for example a bearing, in particular a ball bearing or a sliding bearing, a gear or a turbine.
  • a bearing for example a bearing, in particular a ball bearing or a sliding bearing, a gear or a turbine.
  • a gear or a turbine for example a gear or a turbine.
  • a fault message is to be automatically generated and sent to a control unit of the functional element and / or to the functional element supervising operating personnel. In particular, this should reduce downtime of the functional element, reduce rejects and increase process reliability during operation of the functional element.
  • the present invention relates to a method for determining at least one metrologically detectable variable with respect to a property of a surface of a tool.
  • tool refers to a mechanically stable one
  • Base body which comprises a base material, wherein the base body itself configured as a functional element or may be present in a functional element.
  • the term "functional element” here refers to a technical structure which is equipped for a mechanical action or a conversion of at least one mechanical variable into another mechanical variable or a non-mechanical variable, in particular an electrical variable.
  • the term of the functional element can therefore on the one hand simple tools, preferably punch, inserts or dies, on the other hand more complex tools, preferably bearings, especially ball bearings or plain bearings, gears or turbines, preferably power plant turbines, aircraft turbines or propellers include. Other types of functional elements are possible.
  • the term "surface" of the tool in this case refers to an externally accessible spatial boundary of the tool, in particular the main body of the tool or provided with a further metallic layer body of the tool, wherein the surface of the tool is independent of whether the tool remains accessible from the outside after insertion into a functional element or not.
  • the metrologically detectable variable with respect to a property of the surface of the tool in particular comprises a mechanical wear of the surface of the tool, wherein the present method is adapted to the wear of the surface of the tool of other metrologically detectable sizes, in particular of a change in temperature on the surface of the tool, a force on the surface of the tool or a speed with respect to the surface of the tool to be able to automatically differentiate as possible.
  • the present process comprises in this case the steps a) to c) described below, it being possible to carry out steps a) to c) preferably successively, although it may be advantageous to repeat steps b) and c) several times.
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • a tool which comprises a base body having an electrically conductive surface, a capacitor and at least two electrically conductive contacts, wherein the capacitor of at least a portion of the electrically conductive surface of the base body, at least one insulating layer applied thereto and at least one applied to it metallic conductive layer is formed, wherein in the capacitor
  • included part of the electrically conductive surface of the base body and the metallically conductive layer represent two electrically conductive surfaces of the capacitor, which are spatially separated from each other by the insulating layer as a dielectric, wherein the electrically conductive contacts to the electrically conductive surface of the base body and to the metallically conductive Layer are attached;
  • At least one metrologically detectable size which refers to the surface of the tool can determine.
  • a tool which comprises a capacitor and electrically conductive contacts.
  • the capacitor is formed from at least part of an electrically conductive surface of the main body of the relevant tool, at least one insulating layer applied thereon and at least one metallic conductive layer applied thereto, wherein the part of the electrically conductive surface of the main body and the metallic part included in the capacitor conductive layer represent two electrically conductive surfaces of the capacitor, which are spatially separated from each other by the insulating layer as a dielectric.
  • the capacitor can be formed from a part of an electrically conductive surface of the main body of the tool in question, exactly one of the insulating layer applied thereto and exactly one metallic conductive layer applied thereto.
  • further layers may be provided, in particular a second insulating layer, which may be applied to the metallically conductive layer.
  • wear can be detected only after a penetration of the insulator, i. if one through the
  • the capacitor may be in the form of a multilayer structure in the form of a plurality of insulating layers applied alternately to one another
  • the multilayer structure may thus comprise, in particular, a first insulating layer, a first metallically conductive layer applied thereto, a second insulating layer applied thereon, a second metallically conductive layer applied thereon and optionally further layers applied in this order, two metallically conductive layers adjacent to the same insulating layer, can form a partial capacitance.
  • This can be monitored in an advantageous manner, in which depth the wear can be. If a plurality of different layers are arranged one above the other in parallel, a depth of the total material removal can be determined by successive removal of the layers from the metrologically detectable partial capacities.
  • Upon detection of a force effect can be increased by a series connection of the partial capacitances, the total capacitance of the capacitor, whereby, as long as no wear occurs, the detection of the force can be made with a higher sensitivity.
  • the surface of the base body has electrically conductive properties.
  • the base material which is electrically insulating at least on the surface can be provided with a further metallically conductive layer in such a way that the mentioned electrically conductive surface of the base body can be formed as a result.
  • the present method can also be used for electrically non-conductive base materials.
  • the material and the thickness of the layers forming the capacitor according to the present invention may be selected in such a way that the simplest possible manufacture and the highest possible resistance of the capacitor, in particular with regard to an expected surface pressure on the tool at a location to which the capacitor is located, can be achieved. Since several different layers are applied to each other, material, thickness and type the application of the layers is preferably selected such that the best possible layer adhesion between the individual layers results. Likewise, in
  • the externally disposed metallically conductive layer may be removed.
  • a particularly hard and abrasion-resistant construction of the at least one capacitor is suggested, which can withstand high surface pressure.
  • low friction and high temperature resistant layers are desirable.
  • the individual layers can be locally accessible as much as possible, in particular in order to enable an attachment of electrically conductive contacts to individual layers.
  • proposed coating combination are configured to a sensor.
  • the insulating layer are a metal oxide layer, in particular an aluminum oxide layer, a ceramic layer or an insulating lacquer layer in a layer thickness of 1 .mu.m to 50 mm, preferably of 5 .mu.m to 25 .mu.m, in particular 8 .mu.m to 15 .mu.m.
  • the insulating layer may have the most uniform possible layer thickness in order to allow in this way a uniform distance between the surfaces of the capacitor formed from the part of the electrically conductive surface of the base body and the metallically conductive layer, which in accordance with below equation (2) in the determination of metrologically detectable size can be included.
  • the materials used for the insulating layer have an electrical
  • metallically conductive layer or the further metallically conductive layer are preferably metal films, which in particular titanium, titanium nitride, titanium carbide,
  • Chromium nitride, chromium carbonitride or a combination thereof which are applied by vapor deposition, dipping or another known method for producing a layer, or an electrically conductive paint (conductive ink), also in a layer thickness of 1 pm to 50 mm, preferably from 5 pm to 25 pm, in particular 8 pm to 15 pm.
  • the materials used for the metallically conductive layer or the further metallically conductive layer preferably have an electrical conductivity of at least 10 6 S / m, preferably of at least 10 7 S / m. However, other materials not explicitly listed here may also be used.
  • the capacitor provided according to the invention can be used as a passive electrical component to store electrical charge in the form of an electric field in the insulating layer of the capacitor used as a dielectric.
  • a quotient formed from the electrical charge Q thus stored in the capacitor and the electrical voltage U applied to the capacitor is usually referred to as electrical capacitance C according to equation (1) and can be determined by applying the electrical voltage U to the capacitor:
  • a complex impedance Z can be measured as a function of the at least one frequency / of the applied alternating current.
  • the capacitor is subjected to an electrical voltage and determined to have an electrical variable.
  • the electrical voltage U can be selected from a direct electrical voltage U 0 and / or or an electrical alternating voltage U (t), which in time
  • the electrical variable thus determined may in this case preferably include a change of a parameter of the voltage applied to the capacitor electric voltage U, in particular a change of amplitude ⁇ U ⁇ , phase f and / or frequency / applied to the capacitor electric voltage U.
  • a change of amplitude ⁇ U ⁇ , phase f and / or frequency / applied to the capacitor electric voltage U may be determined.
  • the tool furthermore has at least two electrically conductive contacts, which are attached on the one hand to the electrically conductive surface of the base body and on the other hand to the metallically conductive layer.
  • the electrically conductive contacts may in each case in particular be an electrically conductive connection made of wire conductors or wire bonds; however, wireless inductive transmission is also possible.
  • Equation (2) For the capacitance C of the capacitor, which comprises the electrically conductive surfaces formed from the part of the electrically conductive surface of the main body of the tool and the metallically conductive layer and the insulating layer spatially separating the two electrically conductive surfaces, according to equation (2) the following relationship where e 0 is the electric field constant, e r is a material-related relative permittivity of the dielectric used for the insulating layer, A is a size of the electrically conductive surface formed from the metallically conductive layer, and d is a layer thickness of the dielectric, which in this case corresponds to the distance between the dielectric layer from the part of the electrically conductive surface of the main body of the tool and the metallically conductive layer corresponds.
  • equation (2) the following constellations may result in particular. If, for example, the metallically conductive layer on the surface of the capacitor is damaged as a result of wear, a part of the metallically conductive layer is thus removed, which can lead to a reduction in the size n of the surface of the metallically conductive layer. According to equation (2), the decrease in the size A results in a decrease in the capacitance C of the present capacitor. If, on the other hand, the tool and thus also its surface are heated, the materials present therein expand, which is generally too Cl can thus also lead to a decrease in the capacitance C of the present capacitor due to an increase in the layer thickness d of the dielectric and thus according to equation (2).
  • the at least one measurable variable in terms of the property of the surface of the tool is determined by evaluating a time course of the electrical variable.
  • time course here describes a type of a change of the selected electrical variable, in particular the voltage applied to the capacitor voltage U, over a period of time over which the selected electrical variable and thus their temporal change can be detected.
  • the recording of the time profile of the electrical variable during a period in which the tool is not in contact with another tool, in particular not with a
  • the voltage applied to the capacitor voltage U across the selected period can thus be preferably proceeded as follows:
  • Temperature decrease can have a slow effect on the capacity, since a cooling of the tool and thus its surface can not be abruptly, a time course of the force on the surface can be known and in particular lead to a sudden change in capacity. Thus, it can also be checked here whether the time course of the electrical variable over the selected period only gradually or suddenly, in particular analogous to the time course of the action of force on the surface takes place.
  • the tool may be in a rotation whose period can likewise be determined from the time profile of the electrical quantity.
  • Changes can be considered as abrupt or as gradual or which gradients of the time course of the electrical variable can each point to one or the other metrologically detectable size. Further evaluations are possible, in particular with known force on a surface, a position and / or an overlap, which may have the tool with the surface to determine.
  • At least one of the metrologically detectable size, z In order to achieve the highest possible accuracy of the measuring system, at least one of the metrologically detectable size, z.
  • the present invention therefore relates to a computer program adapted to perform the steps of the method described herein for determining at least one metrologically detectable quantity with respect to a property of a surface of a tool.
  • the computer program can in this case in particular in an electronic memory which internally in the measuring device or in an insertable into the measuring device portable
  • Storage device may be located, be kept.
  • the computer program can be stored externally, in particular on a server or in a cloud, and made available online.
  • the present invention relates to a device for
  • This device comprises:
  • a base body which has an electrically conductive surface
  • a capacitor which at least one part of an electrically conductive surface of the base body, at least one applied thereto
  • the part of the electrically conductive surface of the base body and the metallically conductive layer being two electrically conductive surfaces of the capacitor, which are spatially separated from one another by the insulating layer as a dielectric ;
  • At least two electrically conductive contacts wherein a first electrically
  • a measuring device which is adapted to apply the capacitor to an electrical voltage to determine an electrical variable and from a time course of the electrical quantity to at least one metrologically detectable size with respect to the property of the surface of the tool determine.
  • the device for carrying out the method described herein for determining at least one metrologically detectable size with respect to a property of a surface of a tool is set up.
  • the device for carrying out the method described herein for determining at least one metrologically detectable size with respect to a property of a surface of a tool is set up.
  • the measuring device which may also be referred to as the "evaluation device” may preferably be an electronically controllable measuring unit, which in particular may be connected to a computer, a microcomputer or a programmable chip, e.g. an application-specific integrated circuit (ASIC) or an FPGA (English field-programmable gate array) may have, wherein the measuring device on the computer program, which is adapted to carry out the method, access.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • FPGA Edinburgh field-programmable gate array
  • a voltage generator for generating an electrical voltage
  • a measuring device for detecting a time profile of the electrical voltage
  • a calculation unit for determining the at least one metrologically detectable size with respect to the property of the surface of the tool from the time course of the electrical voltage.
  • a control unit which includes for controlling a device
  • Function element can be set up.
  • the present invention relates to a functional element comprising a plurality of tools, wherein at least one of the tools or a part thereof is designed in the form of a device described herein.
  • the functional element in the form of a simple tool, preferably as a punch, cutting plate or die, or on the other hand as a more complex tool, preferably as a bearing, in particular as a ball bearing or sliding bearing, as a gear or as a turbine, preferably as a power plant turbine, aircraft turbine or
  • Ship propeller be configured, wherein at least one device may preferably be present at least one selected location in the functional element.
  • the selected location in the functional element can be, in particular, a surface in the functional element which is particularly frequent or particularly intensively loadable during operation of the functional element.
  • the device can be applied to an inner side of a die, to a running surface of a ball bearing, to a tooth flank of a toothed wheel.
  • further functional elements and further selected locations for introducing the device into the functional element are conceivable.
  • the present method and the proposed device are preferably suitable for determining the mechanical wear of a surface of a tool, in particular a ball bearing, a toothed wheel or a turbine, which is introduced into a functional element and is not necessarily accessible from the outside.
  • a tool in particular a ball bearing, a toothed wheel or a turbine, which is introduced into a functional element and is not necessarily accessible from the outside.
  • an automatic differentiation of further metrological preferably an automatic differentiation of further metrological
  • detectable sizes in particular a change in temperature at the surface of the tool, a force on the surface of the tool and / or a rotational speed with respect to the surface of the tool, are made possible.
  • a fault message can be automatically generated and sent to a control unit of the functional element and / or to the functional element supervising operating personnel. In particular, this allows me to reduce downtime of the functional element and increase process reliability during operation of the functional element.
  • a capacitor not as an electrical component in a circuit for storing electrical energy, but as a sensor for determining one or more metrologically detectable quantities with respect to a property of a surface of a tool;
  • FIGS. 1A and 1B show a schematic representation of an exemplary embodiment of a device according to the invention in a side view (FIG. 1A) and a cross section along the line X-X (FIG. 1B); and
  • Figure 2 is a schematic representation of the implementation of
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a device 1 10 according to the invention for determining at least one measurable variable with respect to a property of a surface 12 of a base body 14 of a tool 116 in a schematic, non-scale representation. While FIG. 1A shows a side view of the tool 16 illustrated by way of example as a punch 1 18, FIG. 1B shows a cross section through the punch 1 18 along the line X-X indicated in FIG. 1A. Instead of the punch 1 18, however, the tool 1 16 may take any other form and in particular as a functional element, preferably as
  • Cutting plate die, ball bearing, gear or turbine, especially as
  • Power turbine, aircraft turbine or propeller, or a part thereof be executed.
  • Other versions are possible.
  • the device 1 10 shown schematically in Figure 1 comprises a capacitor 120, which consists of a part of an electrically conductive surface 1 12 of the base body 1 14 of the tool 116, an applied on the surface 112 of the base body 1 14 insulating layer 122 and one on the insulating Layer 122 applied metallic conductive layer 124 is formed.
  • the main body 1 14 should have an electrically insulating material at least on its surface, the electrically insulating base material of the at least on the surface 1 12
  • Tool 1 16 may be provided with a further metallically conductive layer (not shown), so that thereby the electrically conductive surface 112 of the Main body 1 14 can be formed.
  • the part of the electrically conductive surface 112 of the main body 14 and the metallic conductive layer 124 included in the capacitor 120 form two electrically conductive areas A of the capacitor 120, which act through the insulating layer 122, which has a layer thickness d and functions as a dielectric , are spatially separated.
  • the insulating layer 122 and the metallically conductive layer 124 are each configured as thin layers which are applied to the surface 12 of the base body 14 or to the insulating layer 122.
  • a metal oxide layer in particular an aluminum oxide layer, a ceramic layer or an insulating lacquer layer in a layer thickness d of 1 .mu.m to 50 mm, preferably from 5 .mu.m to 25 .mu.m, in particular from 8 .mu.m to 15 .mu.m, is preferred.
  • a metal oxide layer in particular an aluminum oxide layer, a ceramic layer or an insulating lacquer layer in a layer thickness d of 1 .mu.m to 50 mm, preferably from 5 .mu.m to 25 .mu.m, in particular from 8 .mu.m to 15 .mu.m, is preferred.
  • a metal oxide layer in particular an aluminum oxide layer, a ceramic layer or an insulating lacquer layer in a layer thickness d
  • the insulating layer 122 as constant a layer thickness d, so as to provide a uniform as possible distance between the electrically conductive surface 112 of the base body 114 and the metallic conductive layer 124 surfaces of the capacitor 120.
  • the metallically conductive layer 124 are preferably a metal film, in particular of titanium nitride, which can be applied by vapor deposition, dipping or sticking, or an electrically conductive paint (conductive ink), also in a layer thickness of 1 pm to 50 mm, preferably from 5 pm to 25 pm, in particular 8 pm to 15 pm. Others too
  • the device 1 10 shown schematically in FIG. 1A for determining at least one measurable variable with respect to a property of a surface 12 of a base body 14 of a tool 16 further comprises two electrically conductive contacts 126, 126 ', which here in the form of FIG electrically leitownen wire conductors are configured. Alternatively or additionally, these may also be other wired devices, e.g. Wirebonds, act; however, a wireless inductive transmission may also be established.
  • the first electrically conductive contact 126 is attached to the electrically conductive surface 112 of the main body 14, while the second electrically conductive contact 126 'has an electrically conductive connection to the metallically conductive layer 124.
  • Capacitor 120 the desired voltage U are applied and On the other hand, a time profile of the electrical voltage U between the electrically conductive surface 112 of the base body 1 14 and the metallic conductive layer 124 are detected.
  • the device 1 10 shown schematically in FIG. 1A for determining at least one measurable quantity with respect to a property of a surface 1 12 of a base body 1 14 of a tool 1 16 further comprises a
  • the measuring device 128 can preferably be embodied as an electronically controllable measuring unit, which in particular can be controlled by a computer, a microcomputer or a programmable chip, e.g. an ASIC or an FPGA.
  • the measuring device 128 shown here by way of example has a voltage generator 130 for generating an electrical voltage U, a measuring device 132 for detecting a time profile of the electrical voltage U t) and a calculation unit 134 for determining the at least one metrologically detectable variable with respect to the property of the surface 1 12 of the tool 1 16 from the time course of the electrical voltage U t) have.
  • the measuring device is executed in Figure 1A as an independent device (stand-alone device), preferably the
  • measuring device can be integrated into a control unit (not shown) which can be set up to control a functional element comprising the device 10.
  • control unit not shown
  • the voltage generator 130, the measuring device 132 and / or the calculation unit 134 can also be designed as separate components.
  • the measuring device 128 in the embodiment according to FIG. 1A is accordingly adapted to apply the voltage 120 t to the capacitor 120 in order to control the time profile of the electrical voltage U t) in the
  • the at least one metrologically detectable size with respect to the property of the surface 112 of the tool 1 16.
  • Figure 2 shows a schematic representation for carrying out embodiments of the method according to the invention.
  • welds 140 are introduced into the metallically conductive layer 124, this may increase the size A of the metallically conductive layer 124 ', while the electric field constant e 0 , the relative permittivity e r and the layer thickness d of the dielectric used for the insulating layer 122 remain unchanged, resulting according to equation (2) a first changed value C for the capacitance of the capacitor 120 ', which exceeds the initial value C 0 of the capacitance of the capacitor 120.
  • the first changed value C for the capacitance of the capacitor 120 'in the first changed state 138 can be determined by means of the measuring device 132 for detecting the time profile of the electrical voltage U t).
  • a fraction h, in particular a percentage, of the cracks and / or flaws 144 in the metallically conductive layer 124 of the tool 1 16 can be determined as follows:
  • Active surface are hit on the tool 116.
  • the capacitance of the capacitor 120 according to equation (2) can be increased by decreasing the layer thickness d of the insulating layer 122. This can be made possible, in particular, by decreasing the temperature in the main body 114 and / or exerting a force 146 on the surface 112 of the tool 16, whereby in both cases the dielectric of the insulating layer 122 can contract or be compressed ,
  • the action of force 146 on the surface 12 of the tool 1 16 present as a punch 18 can be carried out, for example, by a punching device 148, in which the punch 118 mounted therein is pressed in the form of a stroke 150 against an opposite, fixed plate 152 the plate 152 can bias the tool so that thereby the dielectric of the insulating layer 122 can be compressed.
  • Capacitor 120 as a function of the number n of strokes 150 shows a steady, albeit small decrease in the capacitance C of the capacitor 120 up to a critical value 156, at which it can be assumed that the stamp 1 18 can be considered no longer useful ,
  • the capacitance of the capacitor 120 according to equation (2) can be reduced by decreasing the layer thickness d of the insulating layer 122. This can be made possible, in particular, by the temperature in the base body 14 increasing, as a result of which the dielectric of the insulating layer 122 can expand.
  • the time profile of the voltage applied to the capacitor 120 electrical voltage U t) over a selected period of time preferably be evaluated as follows.
  • the tool 1 16 may be in a rotation whose period can also be determined from the time course of the voltage U t).
  • the determination of the at least one metrologically detectable variable with respect to a property of the surface 1 12 of the base body 114 can be determined schematically from the time profile of the voltage applied to the capacitor 120 electrical voltage U t) over a selected period as follows:
  • the measuring device 128 can automatically generate a fault message and, for example, to a control unit of the

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche (112) eines Werkzeugs (116). Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Werkzeugs (116), welches einen Grundkörper (114), der eine elektrisch leitfähigen Oberfläche (112) aufweist, einen Kondensator (120) und mindestens zwei elektrisch leitfähige Kontakte (126, 126') umfasst, wobei der Kondensator (120) aus zumindest einem Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche (112) des Grundkörpers (114), mindestens einer hierauf aufgebrachten isolierenden Schicht (122) und mindestens einer hierauf aufgebrachten metallisch leitfähigen Schicht (124) gebildet ist, wobei der in den Kondensator (120) einbezogene Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche (112) des Grundkörpers (114) und die metallisch leitfähige Schicht (124) zwei elektrisch leitfähige Flächen des Kondensators (120) darstellen, welche durch die isolierende Schicht (122) als Dielektrikum räumlich voneinander getrennt sind, wobei die elektrisch leitfähigen Kontakte (126, 126') an die elektrisch leitfähige Oberfläche (112) des Grundkörpers (114) und an die metallisch leitfähige Schicht (124) angebracht sind; b) Beaufschlagen des Kondensators (120) mit einer elektrischen Spannung und Ermitteln einer elektrischen Größe; und c) Auswerten eines zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe, wodurch die mindestens eine messtechnisch erfassbare Größe in Bezug auf die Eigenschaft der Oberfläche (112) des Werkzeugs (116) bestimmt wird. Damit wird die Bestimmung des mechanischen Verschleißes einer in einem Funktionselement eingebrachten und von außen nicht unbedingt zugänglichen Oberfläche eines Werkzeugs (116) unter automatischer Unterscheidung von weiteren messtechnisch erfassbaren Größen ermöglicht. Hierdurch lassen sich Ausfallzeiten des Funktionselements verringern und die Prozesssicherheit im Betrieb des Funktionselements erhöhen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs, ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens durchzuführen, sowie ein Funktionselement, in welchem eine derartige Vorrichtung vorliegt. Die messtechnisch erfassbare Größe umfasst hierbei insbesondere einen mechanischen Verschleiß der Oberfläche des Werkzeugs, wobei das Verfahren und die Vorrichtung gleichzeitig dafür eingesetzt werden können, um weitere messtechnisch erfassbare Größen, bevorzugt eine Temperatur an der Oberfläche des Werkzeugs, eine Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Werkzeugs oder eine Drehzahl in Bezug auf die Oberfläche des Werkzeugs zu bestimmen.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zu einer Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs bekannt. Insbesondere kann hierbei ein mechanischer Verschleiß der Oberfläche des Werkzeugs mittels einer Sichtprüfung der Oberfläche des Werkzeugs oder einer Anwendung von Schall oder Ultraschall auf das Werkzeug nachgewiesen werden. Während die Sichtprüfung der Oberfläche ein aufwendiges und subjektives Verfahren darstellt, erfordert Körperschall eine aufwendige Messtechnik, mit welcher sich Risse in der Oberfläche des Werkzeugs trotzdem nur schwierig nachweisen lassen. Darüber hinaus können diese Verfahren und Vorrichtungen in der Regel nicht während eines Betriebs eines Funktionselements, dessen Oberfläche insbesondere im Hinblick auf Verschleiß überwacht werden soll, durchgeführt werden.
Für die Bestimmung weiterer messtechnisch erfassbarer Größen, insbesondere einer Temperatur an der Oberfläche des Werkzeugs, einer Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Werkzeugs oder einer Drehzahl in Bezug auf die Oberfläche des Werkzeugs, sind darüber hinaus gesonderte Verfahren und Vorrichtungen erforderlich. Hierzu gehören beispielsweise Pyrometer, Thermometer und/oder Wärmebildkameras zur Bestimmung der Temperatur an der Oberfläche des Werkzeugs bzw. Kraftmessdosen mit
Dehnungsmessstreifen oder Piezoelemente für eine Ermittlung der Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Werkzeugs, während die Drehzahl in Bezug auf die Oberfläche des Werkzeugs über einer Messung einer Induktionsspannung, durch Einsatz eines
Stroboskops oder durch absolute Winkelmesssysteme erfolgen kann.
DE 43 12 354 C1 offenbart einen Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils als in das Maschinenteil mit dessen einem Verschleiß ausgesetzten
Oberfläche fluchtend einzubringender Stift, in dem eine Reihenschaltung aus einer Vielzahl von Widerständen oder eine Parallelschaltung aus einer Vielzahl von Kapazitäten angeordnet ist, die jeweils über einen Leiter überbrückt bzw. verbunden sind, wobei jeder der Leiter mit einem mit einem unterschiedlichen Abstand von dem mit der einem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche fluchtenden Ende des Stiftes verlaufenden Abschnitt versehen ist und die beiden Enden der Reihenschaltung bzw. der Parallelschaltung über die Messanschlüsse nach außen geführt sind.
DE 37 01 643 A1 offenbart eine Meldeeinrichtung mit Signalgebereinrichtung für das Melden des Verschleißzustandes mindestens einer Bürste einer elektrischen Schleifring- oder Kommutatormaschine mit einem in oder an der Bürste ein- oder angebauten
Verschleißmeldekontakt, der bei Erreichen eines vorbestimmten Verschleißzustandes einen Signalgabestromkreis schließt, in dem eine Stromfühleinrichtung angeordnet ist, wobei in dem Signalgabestromkreis ein Frequenzgenerator und mindestens ein
Kondensator angeordnet sind, wobei die Kapazität des Kondensators derart auf die Frequenz des Frequenzgenerators abgestimmt ist, dass der Kondensator für den Strom der durch den Frequenzgenerator bestimmten Frequenz durchlässig ist,
EP 0 258 215 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Zustandswandlern zur Messung des Verschleißes in der Oberfläche einer mechanischen Komponente. Das Verfahren umfasst eine Anbringung von elektrischen Leitern als Zustandswandler an der Oberfläche der Komponente mit einer derartigen Anordnung der Leiter, dass sie in Ansprache auf den gemessenen Zustand der Komponente ein elektrisches Signal aussenden, ferner eine Anbringung eines oder mehrerer mikroelektronischer Kreise an der Oberfläche der Komponente, wobei die Kreise an die elektrischen Leiter
angeschlossen und angeordnet sind, an eine signalverarbeitende Ausrüstung
angeschlossen zu werden, sowie eine Anbringung einer Schutzschicht auf zumindest Teilen der Leiter und Kreise, wobei die elektrischen Leiter, Kreise und die Schutzschicht mittels einer bei der Herstellung von Halbleitern verwendeten Technik angebracht werden, um eine atomar an die Komponente gebundene integrierte Einheit zu bilden. Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs, ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens durchzuführen, sowie ein Funktionselement, in welchem eine derartige Vorrichtung vorliegt, bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen.
Das Verfahren und die Vorrichtung sollen bevorzugt die Bestimmung des mechanischen Verschleißes einer in einem Funktionselement eingebrachten und von außen nicht unbedingt zugänglichen Oberfläche eines Werkzeugs, beispielsweise eines Lagers, insbesondere eines Kugellagers oder eines Gleitlagers, eines Zahnrades oder einer Turbine ermöglichen. Hierbei soll vorzugsweise eine möglichst automatische
Unterscheidung von weiteren messtechnisch erfassbaren Größen, insbesondere von einer Temperaturänderung an der Oberfläche des Werkzeugs, von einer Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Werkzeugs oder von einer Drehzahl in Bezug auf die Oberfläche des Werkzeugs, möglich sein. Auf Basis einer derartigen Bestimmung insbesondere des mechanischen Verschleißes soll automatisiert eine Störungsmeldung erzeugt und an eine Steuerungseinheit des Funktionselements und/oder an das Funktionselement betreuende Bedienpersonal gesendet werden können. Insbesondere sollen damit Ausfallzeiten des Funktionselements vermindert, Ausschuss verringert und eine Prozesssicherheit im Betrieb des Funktionselements erhöht werden können.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs, ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens durchzuführen, sowie ein Funktionselement, in welchem eine derartige Vorrichtung vorliegt, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs. Der Begriff des„Werkzeugs“ bezieht sich hierbei auf einen mechanisch stabilen
Grundkörper, welcher einen Grundwerkstoff umfasst, wobei der Grundkörper selbst als Funktionselement ausgestaltet oder in einem Funktionselement vorliegen kann. Der Begriff des„Funktionselements“ bezeichnet hierbei ein technisches Gebilde, das für eine mechanische Einwirkung oder eine Umwandlung mindestens einer mechanischen Größe in eine andere mechanische Größe oder eine nicht-mechanische Größe, insbesondere eine elektrische Größe, ausgestattet ist. Der Begriff des Funktionselements kann daher einerseits einfache Werkzeuge, bevorzugt Stempel, Schneidplatten oder Matrizen, anderseits komplexere Werkzeuge, bevorzugt Lager, insbesondere Kugellager oder Gleitlager, Zahnräder oder Turbinen, vorzugsweise Kraftwerksturbinen, Flugzeugturbinen oder Schiffsschrauben, umfassen. Weitere Arten von Funktionselementen sind jedoch möglich.
Der Begriff der„Oberfläche“ des Werkzeugs bezieht sich hierbei auf eine von außen zugängliche räumliche Begrenzung des Werkzeugs, insbesondere des Grundkörpers des Werkzeugs oder des mit einer weiteren metallischen Schicht versehenen Grundkörpers des Werkzeugs, wobei die Oberfläche des Werkzeugs unabhängig davon ist, ob das Werkzeug nach einer Einbringung in ein Funktionselement von außen zugänglich bleibt oder nicht. Wie eingangs erwähnt umfasst, die messtechnisch erfassbare Größe in Bezug auf eine Eigenschaft der Oberfläche des Werkzeugs insbesondere einen mechanischen Verschleiß der Oberfläche des Werkzeugs, wobei das vorliegende Verfahren dazu eingerichtet ist, um den Verschleiß der Oberfläche des Werkzeugs von weiteren messtechnisch erfassbaren Größen, insbesondere von einer Temperaturänderung an der Oberfläche des Werkzeugs, von einer Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Werkzeugs oder von einer Drehzahl in Bezug auf die Oberfläche des Werkzeugs, möglichst automatisch unterscheiden zu können.
Das vorliegende Verfahren umfasst hierbei die im Folgenden beschriebenen Schritte a) bis c), wobei die Schritte a) bis c) bevorzugt nacheinander ausgeführt werden können, wobei es allerdings vorteilhaft sein kann, die Schritte b) und c) mehrfach zu wiederholen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen eines Werkzeugs, welches einen Grundkörper, der eine elektrisch leitfähigen Oberfläche aufweist, einen Kondensator und mindestens zwei elektrisch leitfähige Kontakte umfasst, wobei der Kondensator aus zumindest einem Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers, mindestens einer hierauf aufgebrachten isolierenden Schicht und mindestens einer hierauf aufgebrachten metallisch leitfähigen Schicht gebildet ist, wobei der in den Kondensator
einbezogene Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers und die metallisch leitfähige Schicht zwei elektrisch leitfähige Flächen des Kondensators darstellen, welche durch die isolierende Schicht als Dielektrikum räumlich voneinander getrennt sind, wobei die elektrisch leitfähigen Kontakte an die elektrisch leitfähige Oberfläche des Grundkörpers und an die metallisch leitfähige Schicht angebracht sind;
b) Beaufschlagen des Kondensators mit einer elektrischen Spannung und Ermitteln einer weiteren elektrischen Größe; und
c) Auswerten eines zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe, wodurch sich die
mindestens eine messtechnisch erfassbare Größe, welche sich auf die Oberfläche des Werkzeugs bezieht, bestimmen lässt.
Gemäß Schritt a) wird zunächst ein Werkzeug bereitgestellt, welcher einen Kondensator und elektrisch leitfähige Kontakte umfasst. Hierbei ist der Kondensator aus zumindest einem Teil einer elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers des betreffenden Werkzeugs, mindestens einer hierauf aufgebrachten isolierenden Schicht und mindestens einer hierauf aufgebrachten metallisch leitfähigen Schicht gebildet, wobei der in den Kondensator einbezogene Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers und die metallisch leitfähige Schicht zwei elektrisch leitfähige Flächen des Kondensators darstellen, welche durch die isolierende Schicht als Dielektrikum räumlich voneinander getrennt sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Kondensator aus einem Teil einer elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers des betreffenden Werkzeugs, genau einer hierauf aufgebrachten isolierenden Schicht und genau einer hierauf aufgebrachten metallisch leitfähigen Schicht gebildet sein. Darüber hinaus können weitere Schichten vorgesehen sein, insbesondere eine zweite isolierende Schicht, welche auf die metallisch leitfähige Schicht aufgebracht sein kann. In vorteilhafte Weise kann so ein Verschleiß erst nach einem Durchdingen des Isolators erfasst werden, d.h. wenn ein durch den
Verschließ hervorgerufener Materialabtrag an der Oberfläche eine festgelegte Tiefe erreicht hat. Hierdurch kann zum Beispiel Verschleiß erst dann beobachtbar werden, wenn der Materialabtrag die Schichtdicke des Isolators erreicht hat. Werden dagegen nur eine Krafteinwirkung oder eine Temperaturänderung erfasst, kann davon ausgegangen werden, dass kein beobachtbarer Verschleiß auftritt. Weitere Ausgestaltungen des Kondensators sind möglich. In einer weiteren besonderen Ausgestaltung kann der Kondensator als Multilagenstruktur in Form einer Mehrzahl von abwechselnd aufeinander aufgebrachten isolierenden
Schichten und metallisch leitfähigen Schichten bereitgestellt werden. Die
Multilagenstruktur kann somit insbesondere eine erste isolierende Schicht, eine hierauf aufgebrachte erste metallisch leitfähige Schicht, eine hierauf aufgebrachte zweite isolierende Schicht, eine hierauf aufgebrachte zweite metallisch leitfähige Schicht und ggf. weitere, in dieser Reihenfolge aufgebrachte Schichten umfassen, wobei zwei metallisch leitfähige Schichten, welche an dieselbe isolierende Schicht angrenzen, eine Teilkapazität ausbilden können. Hierdurch kann in vorteilhafter weise überwacht werden, in welcher Tiefe sich der Verschleiß befinden kann. Sind mehrere unterschiedliche Schichten übereinander in Parallelschaltung angeordnet, so kann durch sukzessiven Abtrag der Schichten aus den messtechnisch erfassbaren Teilkapazitäten eine Tiefe des gesamten Materialabtrags ermittelt werden. Bei Erfassung einer Krafteinwirkung kann durch eine Reihenschaltung der Teilkapazitäten die gesamte Kapazität des Kondensators erhöht werden, wodurch, solange kein Verschleiß auftritt, die Erfassung der Krafteinwirkung mit einer höheren Sensitivität vorgenommen werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist somit zumindest ein Teil der Oberfläche des Grundkörpers elektrisch leitfähige Eigenschaften aus. Dies trifft auf eine Vielzahl von Grundkörpern, welche selbst als Funktionselement ausgestaltet oder in einem dort genannten Funktionselement vorliegen können, zu, da der Grundwerkstoff häufig ein elektrisch leitfähiges Metall, eine metallisch leitfähige Legierung oder einen metallisch leitfähigen Stahl umfasst. Für den Fall, dass der Grundwerkstoff des Werkzeugs zumindest an seiner Oberfläche elektrisch isolierend ausgestaltet ist, kann der zumindest an der Oberfläche elektrisch isolierende Grundwerkstoff derart mit einer weiteren metallisch leitfähigen Schicht versehen sein, dass hierdurch die erwähnte elektrisch leitfähige Oberfläche des Grundkörpers gebildet sein kann. Damit kann das vorliegende Verfahren auch für elektrisch nichtleitende Grundwerkstoffe eingesetzt werden.
Material und Dicke der den Kondensator gemäß der vorliegenden Erfindung ausbildenden Schichten können hierbei vorzugsweise so gewählt werden, dass eine möglichst einfache Herstellung und eine möglichst hohe Beständigkeit des Kondensators, insbesondere im Hinblick auf eine zu erwartende Flächenpressung auf das Werkzeug an einer Stelle, an welche sich der Kondensator befindet, erzielt werden kann. Da hierbei mehrere verschiedene Schichten aufeinander aufgebracht werden, werden Material, Dicke und Art der Aufbringung der Schichten vorzugsweise derart ausgewählt, dass sich eine möglichst gute Schichthaftung zwischen den einzelnen Schichten ergibt. Ebenso kann in
vorteilhafte Weise hierbei berücksichtigt werden, dass die außen angeordnete metallisch leitfähige Schicht möglicherweise abgetragen wird. Für einen Einsatz auf Wirkflächen von verschleißintensiven Werkzeugen wird ein besonders harter und abrasionsbeständiger Aufbau des mindestens einen Kondensators vorgeschlagen, weicher auch einer hohen Flächenpressung standhalten kann. Darüber hinaus sind eine geringe Reibung und eine auch bei hohen Temperaturen beständige Schichten wünschenswert. In einer weiteren bevorzugten Ausführung können die einzelnen Schichten lokal möglichst gut zugänglich sein, insbesondere um eine Anbringung von elektrisch leitfähigen Kontakten an einzelne Schichten zu ermöglichen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann das gesamte Bauteil an
unterschiedlichen Stellen verschieden beschichtet werden. Hierbei kann vorzugsweise zwischen Wirkflächen, Ankonstruktionsflächen und Kontaktflächen unterschieden werden. Die Wirkflächen, bei welchen erwartet wird, dass sie im Betrieb des Werkzeugs einem direkten Verschleiß ausgesetzt sein können, wird der vorgeschlagene Kondensator vollständig mit den genannten Schichten bereitgestellt. Dem gegenüber stellen die Ankonstruktionsflachen eine Verbindung zwischen den Wirkflächen und den
Kontaktflächen dar, wofür es genügen kann, eine jeweilige metallisch leitende Schicht zur jeweiligen Kontaktfläche bereitzustellen. An den Kontaktflachen kann schließlich eine Verkabelung des Messsystems angebracht werden. Auf diese Weise kann die
vorgeschlagene Beschichtungskombination zu einem Sensor ausgestaltet werden.
Als die isolierende Schicht eignen sich bevorzugt eine Metalloxidschicht, insbesondere eine Aluminiumoxidschicht, eine Keramikschicht oder eine isolierende Lackschicht in einer Schichtdicke von 1 pm bis 50 mm, bevorzugt von 5 pm bis 25 pm, insbesondere 8 pm bis 15 pm. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann hierbei die isolierende Schicht eine möglichst gleichbleibende Schichtdicke aufweisen, um auf diese Weise einen möglichst gleichmäßigen Abstand zwischen der aus dem Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers und der metallisch leitfähigen Schicht gebildeten Flächen des Kondensators zu ermöglichen, welcher gemäß der unten stehenden Gleichung (2) in die Bestimmung der messtechnisch erfassbaren Größe mit eingehen kann. Vorzugsweise weisen die für die isolierende Schicht eingesetzten Materialien eine elektrische
Leitfähigkeit von höchstens 106 S/m, bevorzugt von höchstens 10 8 S/m, auf. Als die metallisch leitfähige Schicht oder die weitere metallisch leitfähige Schicht eignen sich bevorzugt Metallfilme, welche insbesondere Titan, Titannitrid, Titancarbid,
Chromnitrid, Chromcarbonitrid oder eine Kombination hiervon aufweisen können, welche durch Aufdampfen, Eintauchen oder ein anderes bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Schicht aufgebracht werden, oder ein elektrisch leitfähiger Lack (Leitlack), ebenfalls in einer Schichtdicke von 1 pm bis 50 mm, bevorzugt von 5 pm bis 25 pm, insbesondere 8 pm bis 15 pm. Vorzugsweise weisen die für die metallisch leitfähige Schicht oder die weitere metallisch leitfähige Schicht eingesetzten Materialien eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 106 S/m, bevorzugt von mindestens 107 S/m, auf. Andere hier nicht ausdrücklich aufgeführte Materialien können jedoch ebenfalls eingesetzt werden.
Damit kann der erfindungsgemäß bereitgestellte Kondensator als passives elektrisches Bauelement dazu eingesetzt werden, um in der als Dielektrikum eingesetzten isolierenden Schicht des Kondensators elektrische Ladung in Form eines elektrischen Feldes zu speichern. Ein aus der so in dem Kondensator gespeicherten elektrischen Ladung Q und der an dem Kondensator anliegenden elektrischen Spannung U gebildeter Quotient wird gemäß Gleichung (1 ) üblicherweise als elektrische Kapazität C bezeichnet und kann durch Anlegen der elektrischen Spannung U an den Kondensator ermittelt werden:
Figure imgf000010_0001
Wird an den Kondensator alternativ oder zusätzlich Wechselstrom angelegt, so lässt sich messtechnisch eine komplexe Impedanz Z als Funktion der mindestens einen Frequenz / des angelegten Wechselstroms erfassen.
Gemäß Schritt b) erfolgt hierzu ein Beaufschlagen des Kondensators mit einer elektrischen Spannung und Ermitteln einer elektrischen Größe. Hierbei kann die elektrischen Spannung U ausgewählt werden aus einer elektrischen Gleichspannung U0 und/oder oder einer elektrischen Wechselspannung U(t), welche sich zeitlich
insbesondere mit der mindestens einen Frequenz / verändern kann. Die so ermittelte elektrische Größe kann hierbei vorzugsweise eine Änderung eines Parameters der an den Kondensator angelegten elektrischen Spannung U, insbesondere eine Änderung von Amplitude \U\, Phase f und/oder Frequenz / der an den Kondensator angelegten elektrischen Spannung U, umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann eine mit der an den Kondensator angelegten elektrischen Spannung U in Beziehung stehende elektrische Größe, vorzugsweise die komplexe Impedanz Z, ermittelt werden.
Damit der Kondensator mittels der elektrischen Spannung beaufschlagt und eine elektrische Größe ermittelt werden kann, verfügt das Werkzeug weiterhin über mindestens zwei elektrisch leitfähige Kontakte, welche einerseits an die elektrisch leitfähige Oberfläche des Grundkörpers und andererseits an die metallisch leitfähige Schicht angebracht sind. Auf dies Weise kann zwischen den elektrisch leitfähigen Flächen des Kondensators die gewünschte elektrische Spannung angelegt werden. Bei den elektrisch leitfähigen Kontakten kann es sich hierbei jeweils insbesondere um eine elektrisch leitfähige Verbindung aus Drahtleitern oder Wirebonds handeln; eine drahtlose induktive Übermittlung ist jedoch ebenfalls möglich.
Für die Kapazität C des Kondensators, welcher die aus dem Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers des Werkzeugs und der metallisch leitfähigen Schicht gebildeten elektrisch leitfähigen Flächen und die die beiden elektrisch leitfähigen Flächen räumlich voneinander trennende isolierende Schicht umfasst, kann hierbei gemäß Gleichung (2) die folgende Beziehung
Figure imgf000011_0001
eingesetzt werden, wobei e0 die elektrische Feldkonstante, er eine materialbezogene relative Permittivität des für die isolierende Schicht eingesetzten Dielektrikums, A eine Größe der aus der metallisch leitfähigen Schicht gebildeten elektrisch leitfähigen Fläche und d eine Schichtdicke des Dielektrikum, welche hier dem Abstand zwischen der aus dem Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers des Werkzeugs und der metallisch leitfähigen Schicht entspricht.
Unter Verwendung der Gleichung (2) können sich hierbei insbesondere die folgenden Konstellationen ergeben. Wird beispielsweise die metallisch leitfähige Schicht an der Oberfläche des Kondensators in Folge von Verschleiß beschädigt, so wird damit ein Teil der metallisch leitfähigen Schicht abgetragen, was zu einer Verringerung der Größe n der Fläche der metallisch leitfähigen Schicht führen kann. Gemäß Gleichung (2) kann führt die Verringerung der Größe A zu einer Abnahme der Kapazität C des vorliegenden Kondensators. Werden dagegen das Werkzeug und somit auch seine Oberfläche erwärmt, so dehnen sich die darin vorhandenen Materialien aus, was im Allgemeinen zu - Kl einer Zunahme der Schichtdicke d des Dielektrikums und so gemäß Gleichung (2) somit ebenfalls zu einer Abnahme der Kapazität C des vorliegenden Kondensators führen kann. Im umkehrten Fall einer Abkühlung des Werkzeugs und somit auch seiner Oberfläche, so ziehen sich die darin vorhandenen Materialien zusammen, was im Allgemeinen zu einer Verringerung der Schichtdicke d des Dielektrikums und so gemäß Gleichung (2) somit zu einer Zunahme der Kapazität C des vorliegenden Kondensators führen kann. Eine Zunahme der Kapazität C des vorliegenden Kondensators kann jedoch auch dann auftreten, wenn, insbesondere während des Betriebs des Formkörpers, eine Kraft F und damit ein Druck p = auf die Fläche A aufgebracht wird, wodurch die Schichtdicke d des
Dielektrikums ebenfalls verringert wird und dieselbe Folge gemäß Gleichung (2) beobachtet werden kann.
Gemäß Schritt c) wird daher die mindestens eine messtechnisch erfassbare Größe in Bezug auf die Eigenschaft der Oberfläche des Werkzeugs durch Auswerten eines zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe bestimmt. Der Begriff des„zeitlichen Verlaufs“ beschreibt hierbei eine Art einer Veränderung der ausgewählten elektrischen Größe, insbesondere die an dem Kondensator anliegende elektrische Spannung U, über einen Zeitraum, über welchen die ausgewählten elektrischen Größe und damit ihre zeitliche Änderung erfasst werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Aufnahme des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe während eines Zeitraums, in welchem das Werkzeug nicht in Kontakt mit einem weiteren Werkzeug, insbesondere nicht mit einem das
Werkzeug beaufschlagenden Werkstück, steht. Aus dem so ermittelten zeitlichen Verlauf, welcher insbesondere mit einer Eigenschaft der Oberfläche des Kondensators korreliert ist, kann bei bekannten Aufbau des Kondensators im Hinblick auf dessen Struktur und Materialien auf eine Eigenschaft, welche mit der Oberfläche des Grundkörpers in
Beziehung steht, zurückgeschlossen werden.
Bei einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe, insbesondere die an dem Kondensator anliegende elektrische Spannung U, über den ausgewählten Zeitraum kann somit vorzugsweise wie folgt vorgegangen werden:
- Zunächst kann ermittelt werden, ob eine Verringerung oder eine Erhöhung der Kapazität des Kondensators innerhalb des ausgewählten Zeitraums auftritt.
- Kann hierbei eine Verringerung der Kapazität des Kondensators beobachtet
werden, so kann ein Auftreten eines mechanischen Verschleißes der Oberfläche oder eine Temperaturzunahme an der Oberfläche vorliegen. Während das Auftreten eines Verschleißes zu einer schlagartigen Änderung der Kapazität führen kann, kann sich eine Temperaturzunahme nur langsam auf die Kapazität auswirken, da eine Erwärmung des Werkzeugs und damit seiner Oberfläche nicht schlagartig erfolgen kann. Somit kann nun überprüft werden, ob der zeitliche Verlauf der der elektrischen Größe über den ausgewählten Zeitraum schlagartig oder nur allmählich erfolgt.
- Kann hierbei jedoch eine Erhöhung der Kapazität des Kondensators beobachtet werden, so kann eine Temperaturzunahme an der Oberfläche oder eine
Krafteinwirkung auf die Oberfläche vorliegen. Während sich auch eine
Temperaturabnahme nur langsam auf die Kapazität auswirken kann, da eine Abkühlung des Werkzeugs und damit seiner Oberfläche nicht schlagartig erfolgen kann, kann ein zeitlicher Verlauf der Krafteinwirkung auf die Oberfläche bekannt sein und insbesondere auch zu einer schlagartigen Änderung der Kapazität führen. Somit kann auch hier nun überprüft werden, ob der zeitliche Verlauf der der elektrischen Größe über den ausgewählten Zeitraum nur allmählich oder schlagartig, insbesondere analog zu dem zeitlichen Verlauf der Krafteinwirkung auf die Oberfläche, erfolgt.
- Treten innerhalb des ausgewählten Zeitraums periodisch eine Verringerung und eine Erhöhung der Kapazität des Kondensators auf, so kann sich das Werkzeug in einer Drehung befinden, deren Periode sich ebenfalls aus dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe bestimmen lassen kann.
Diese beschriebenen Effekte können somit durch die Auswertung des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe, insbesondere die an dem Kondensator anliegende elektrische Spannung U, über den ausgewählten Zeitraum rechentechnisch voneinander getrennt werden, insbesondere mittels einer unten näher beschriebenen Messeinrichtung. Hierbei können, wie oben dargestellt, aus einem Gradienten des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe einerseits zwischen dem Auftreten des mechanischen Verschleißes der Oberfläche des Werkzeugs oder der Temperaturzunahme an der Oberfläche des Werkzeugs bzw. andererseits zwischen der Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Werkzeugs oder der Temperaturabnahme an der Oberfläche des Werkzeugs
unterschieden werden. Der Fachmann kann hierbei durch einfache Versuche mittels eines erfindungsgemäßen Werkzeugs oder eines Prototypen hiervon ermitteln, welche
Änderungen als schlagartig oder als allmählich betrachtet werden können bzw. welche Gradienten des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe jeweils auf die eine oder die andere messtechnisch erfassbare Größe hinweisen können. Weitere Auswertungen sind möglich, insbesondere bei bekannter Kraft auf eine Fläche, eine Lage und/oder eine Überdeckung, welche das Werkzeug mit der Oberfläche aufweisen kann, zu ermitteln.
Um eine möglichst hohe Genauigkeit des Messsystems zu erzielen, kann zumindest eine der messtechnisch erfassbaren Größe, z. B. Temperatur, Drehzahl oder Krafteinwirkung, zusätzlich in einer gesonderten Messeinrichtung erfasst werden und insbesondere dazu eingesetzt werden, um deren Einfluss auf die zu bestimmende elektrische Größe zu ermitteln und vorzugsweise zu kompensieren. Folgend kann ein so ermittelter Wert für die messtechnisch erfassbare Größe dazu dienen, um die dadurch bedingte Änderung des Wertes für die Kapazität zu ermitteln und von der zu bestimmenden elektrischen Größe abzuziehen, welche somit mit einer höheren Genauigkeit bestimmt werden kann.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs durchzuführen. Das Computerprogramm kann hierbei insbesondere in einem elektronischen Speicher, welcher sich intern in der Messeinrichtung oder in einer in die Messeinrichtung einfügbaren tragbaren
Speichereinrichtung befinden kann, vorgehalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Computerprogramm extern, insbesondere auf einem Server oder in einer Cloud, gespeichert und online zur Verfügung gestellt werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur
Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs. Diese Vorrichtung umfasst:
- einen Grundkörper, welcher eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist,
- einen Kondensator, welcher zumindest aus einem Teil einer elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers, mindestens einer hierauf aufgebrachten
isolierenden Schicht und mindestens einer hierauf aufgebrachten metallisch leitfähigen Schicht gebildet ist, wobei der in den Kondensator einbezogene Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche des Grundkörpers und die metallisch leitfähige Schicht zwei elektrisch leitfähige Flächen des Kondensators darstellen, welche durch die isolierende Schicht als Dielektrikum räumlich voneinander getrennt sind;
- mindestens zwei elektrisch leitfähige Kontakte, wobei ein erster elektrisch
leitfähiger Kontakt an die elektrisch leitfähige Oberfläche des Grundkörpers angebracht ist und wobei ein zweiter elektrisch leitfähiger Kontakt an die metallisch leitfähige Schicht angebracht ist; und
- eine Messeinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, um den Kondensator mit einer elektrischen Spannung zu beaufschlagen, um eine elektrische Größe zu ermitteln und um aus einem zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe die mindestens eine messtechnisch erfassbare Größe in Bezug auf die Eigenschaft der Oberfläche des Werkzeugs zu bestimmen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Vorrichtung zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs eingerichtet. Für weitere Einzelheiten in Bezug auf die Vorrichtung wird auf die
Beschreibung des Verfahrens sowie auf die Ausführungsbeispiele verwiesen.
Bei der Messeinrichtung, welche auch als„Auswerteeinrichtung“ bezeichnet werden kann, kann es sich vorzugsweise um eine elektronisch steuerbare Messeinheit handeln, welche insbesondere über einen Computer, einen Mikrocomputer oder einen programmierbaren Chip, z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (engl application-specific integrated Circuit ; ASIC) oder ein FPGA (engl field-programmable gate Array), verfügen kann, wobei die Messeinrichtung auf das Computerprogramm, das zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, zugreifen kann. Die Messeinrichtung kann hierbei
insbesondere einen Spannungsgenerator zur Erzeugung einer elektrischen Spannung, einen Messvorrichtung zur Erfassung eines zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung und eine Berechnungseinheit zur Bestimmung der mindestens einen messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf die Eigenschaft der Oberfläche des Werkzeugs aus dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung aufweisen. Andere Ausgestaltungen der Messeinrichtung sind jedoch möglich, bevorzugt eine Integration der Messeinrichtung in eine Steuereinheit, welche zur Steuerung eines die Vorrichtung umfassenden
Funktionselements eingerichtet sein kann.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Funktionselement, welches eine Vielzahl von Werkzeugen umfasst, wobei mindestens eines der Werkzeuge oder ein Teil hiervon in Form einer hier beschriebenen Vorrichtung ausgestaltet ist. Wie bereits oben erwähnt, kann hierbei das Funktionselement in Form eines einfachen Werkzeugs, bevorzugt als Stempel, Schneidplatte oder Matrize, oder anderseits als komplexeres Werkzeug, bevorzugt als Lager, insbesondere als Kugellager oder Gleitlager, als Zahnrad oder als Turbine, vorzugsweise als Kraftwerksturbine, Flugzeugturbine oder
Schiffsschraube, ausgestaltet sein, wobei mindestens eine Vorrichtung vorzugsweise an mindestens einer ausgewählten Stelle in dem Funktionselement vorliegen kann. Bei der ausgewählten Stelle in dem Funktionselement kann es sich insbesondere um eine während des Betriebs des Funktionselements besonders häufig oder besonders intensiv beaufschlagbare Fläche in dem Funktionselement handeln. Beispielsweise kann die Vorrichtung auf eine Innenseite einer Matrize, auf eine Lauffläche eines Kugellagers, auf eine Zahnflanke eines Zahnrades aufgebracht sein. Weitere Funktionselemente und weitere ausgewählte Stellen zur Einbringung der Vorrichtung in das Funktionselement sind jedoch denkbar. Für weitere Einzelheiten in Bezug auf das Funktionselement wird auf die Beschreibung der Vorrichtung sowie auf die Ausführungsbeispiele verwiesen.
Das vorliegende Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung eignen sich bevorzugt für die Bestimmung des mechanischen Verschleißes einer in einem Funktionselement eingebrachten und von außen nicht unbedingt zugänglichen Oberfläche eines Werkzeugs, insbesondere eines Kugellagers, eines Zahnrades oder einer Turbine. Hierbei kann vorzugsweise eine automatische Unterscheidung von weiteren messtechnisch
erfassbaren Größen, insbesondere von einer Temperaturänderung an der Oberfläche des Werkzeugs, von einer Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Werkzeugs und/oder von einer Drehzahl in Bezug auf die Oberfläche des Werkzeugs, ermöglicht werden.
Auf Basis der derartigen Bestimmung des mechanischen Verschleißes kann automatisiert eine Störungsmeldung erzeugt und an eine Steuerungseinheit des Funktionselements und/oder an das Funktionselement betreuendes Bedienpersonal gesendet werden können. Insbesondere lassen ich auf diese Weise Ausfallzeiten des Funktionselements verringern und eine Prozesssicherheit während des Betriebs des Funktionselements erhöhen.
Vorteile der Erfindung
Das vorliegende Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung insbesondere folgende Funktionen:
Bereitstellen eines Kondensators mittels einer Beschichtung;
Bereitstellen eines Kondensators, in welchem die geometrischen Anordnung und die Gestaltung des Kondensators, unabhängig von dem Grundaufbau„elektrisch leitende Schicht - elektrisch isolierende Schicht - metallisch leitende Schicht“ eine Bedeutung in einem Betrieb des Funktionselements einnimmt;
Anwenden eines Kondensators auf einer Außenhaut einer Wirkfläche;
Aufbringen einer elektrisch isolierende Schicht mit darauffolgender metallisch leitender Schicht auf einem Werkzeug
Verwendung einer Verringerung einer Größe A der Fläche des Kondensators; Bereitstellen eines Sensortyps mittels einer Beschichtung;
Separate Zugänglichkeit von einzelnen Schichten auf einem Werkzeug;
Aufbringen eines lokal unterschiedlichen Beschichtungsaufbaus auf das Werkzeug; Nutzung eines Kondensators nicht als elektrische Komponente in einem Schaltkreis zur Speicherung elektrischer Energie, sondern als Sensor zur Bestimmung einer oder mehrerer messtechnisch erfassbarer Größen in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs;
Nutzung und Messung einer Zerstörung eines Fläche eines Kondensators;
Entkopplung von verschiedenen Einflüssen auf eine Änderung der Kapazität;
Ermöglichung einer exakten Messung der Änderung der Kapazität;
Messung der Kapazität zum Nachweis eines Verschleißes;
Messen des Verschleißes der Oberfläche während des Betriebs des Werkzeugs; Ermöglichen einer Aussage über einen prozentualen Abrieb der Wirkflache; und Ermöglichen einer Aussage über auf die Wirkfläche einwirkende Kraft, die
Temperatur des Bauteils und, bei bewegten Bauteilen, über die Umdrehung des Bauteils.
Wie oben beschrieben, wird bei der Anwendung der vorliegenden kapazitiven
Verschleißmessung ein Effekt ausgenutzt, welcher auf einer Änderung der Kapazität des Kondensators durch einen Abtrag der Flache A des Kondensators beruht. Die typische Hauptanwendung von Kondensatoren, welche in einer Speicherung und Bereitstellung von elektrischer Energie liegt, ist dagegen nicht relevant für das vorliegende Verfahren. Die für die vorliegende Anwendung erforderliche Kondensatorfläche kann nicht mit herkömmlichen Kondensatoren verglichen werden; vielmehr ermöglichen konstruktive Änderungen eine Messung des Verschleißes während des Betriebs. Dadurch ergeben sich neuartige und, je nach Anwendung, besondere Anforderungen an die Kondensator- Komponenten, welche sich von einem konventionellen Kondensator deutlich
unterscheiden können. Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung ohne Beschränkung der Allgemeinheit näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figuren 1 A und 1 B eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht (Figur 1A) sowie einen Querschnitt entlang der Linie X-X (Figur 1 B); und
Figur 2 eine schematische Darstellung zur Durchführung von
Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 10 zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche 1 12 eines Grundkörpers 1 14 eines Werkzeugs 116 in schematischer, nicht-maßstäblicher Darstellung. Während in Figur 1A eine Seitenansicht des beispielhaft als Stempel 1 18 ausgeführten Werkzeugs 1 16 dargestellt ist, zeigt Figur 1 B einen Querschnitt durch den Stempel 1 18 entlang der in Figur 1A angedeuteten Linie X-X. Anstelle des Stempels 1 18 kann das Werkzeug 1 16 jedoch auch eine beliebige andere Form annehmen und insbesondere als Funktionselement, bevorzugt als
Schneidplatte, Matrize, Kugellager, Zahnrad oder Turbine, insbesondere als
Kraftwerksturbine, Flugzeugturbine oder Schiffsschraube, oder eines Teils hiervon ausgeführt sein. Weitere Ausführungen sind jedoch möglich.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte Vorrichtung 1 10 umfasst einen Kondensator 120, welcher aus einem Teil einer elektrisch leitfähigen Oberfläche 1 12 des Grundkörpers 1 14 des Werkzeugs 116, einer auf der Oberfläche 112 des Grundkörpers 1 14 aufgebrachten isolierenden Schicht 122 und einer auf die isolierende Schicht 122 aufgebrachten metallisch leitfähigen Schicht 124 ausgebildet ist. Für den Fall, dass der Grundkörper 1 14 zumindest an seiner Oberfläche ein elektrisch isolierendes Material aufweisen sollte, kann der zumindest an der Oberfläche 1 12 elektrisch isolierende Grundwerkstoff des
Werkzeugs 1 16 mit einer weiteren metallisch leitfähigen Schicht (nicht dargestellt) versehen sein, so dass hierdurch die elektrisch leitfähige Oberfläche 112 des Grundkörpers 1 14 gebildet werden kann. Der in den Kondensator 120 einbezogene Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche 112 des Grundkörpers 1 14 und die metallisch leitfähige Schicht 124 bilden zwei elektrisch leitfähige Flächen A des Kondensators 120 aus, welche durch die isolierende Schicht 122, die über eine Schichtdicke d verfügt und als Dielektrikum fungiert, räumlich voneinander getrennt sind.
Insbesondere aus Figur 1 B geht hervor, dass die isolierende Schicht 122 und die metallisch leitfähige Schicht 124 jeweils als dünne Schichten, welche auf der Oberfläche 1 12 des Grundkörpers 1 14 bzw. auf der isolierenden Schicht 122 aufgebracht sind, ausgestaltet sind. Für die elektrisch isolierende Schicht 122 eignen sich bevorzugt eine Metalloxidschicht, insbesondere eine Aluminiumoxidschicht, eine Keramikschicht oder eine isolierende Lackschicht in einer Schichtdicke d von 1 pm bis 50 mm, bevorzugt von 5 pm bis 25 pm, insbesondere 8 pm bis 15 pm. In der vorliegenden vorteilhaften
Ausführung weist die isolierende Schicht 122 eine möglichst gleichbleibende Schichtdicke d auf, um so einen möglichst gleichmäßigen Abstand zwischen aus der elektrisch leitfähigen Oberfläche 112 des Grundkörpers 114 und der metallisch leitfähigen Schicht 124 gebildeten Flächen des Kondensators 120 bereitzustellen. Für die metallisch leitfähige Schicht 124 eignen sich bevorzugt ein Metallfilm, insbesondere aus Titannitrid, welcher durch Aufdampfen, Eintauchen oder Aufkleben aufgebracht werden kann, oder ein elektrisch leitfähiger Lack (Leitlack), ebenfalls in einer Schichtdicke von 1 pm bis 50 mm, bevorzugt von 5 pm bis 25 pm, insbesondere 8 pm bis 15 pm. Auch andere
Materialien, insbesondere aus der oben genannten Auswahl, können hier verwendet werden.
Die in Figur 1 A schematisch dargestellte Vorrichtung 1 10 zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche 1 12 eines Grundkörpers 1 14 eines Werkzeugs 1 16 umfasst weiterhin zwei elektrisch leitfähige Kontakte 126, 126‘, welche hier in Form von elektrisch leifähigen Drahtleitern ausgestaltet sind. Alternativ oder zusätzlich kann es sich hierbei auch um andere drahtgebundene Einrichtungen, wie z.B. Wirebonds, handeln; eine drahtlose induktive Übermittlung kann jedoch ebenfalls eingerichtet sein. Der erste elektrisch leitfähige Kontakt 126 ist, wie aus der Figur 1 A hervorgeht, an die elektrisch leitfähige Oberfläche 1 12 des Grundkörpers 1 14 angebracht, während der zweite elektrisch leitfähige Kontakt 126‘ eine elektrisch leitfähige Verbindung mit der metallisch leitfähigen Schicht 124 aufweist. Damit kann einerseits zwischen den elektrisch leitfähigen Flächen des
Kondensators 120 die gewünschte elektrische Spannung U angelegt werden und andererseits ein zeitlicher Verlauf der elektrischen Spannung U zwischen der elektrisch leitfähige Oberfläche 112 des Grundkörpers 1 14 und der metallisch leitfähigen Schicht 124 erfasst werden.
Die in Figur 1 A schematisch dargestellte Vorrichtung 1 10 zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche 1 12 eines Grundkörpers 1 14 eines Werkzeugs 1 16 umfasst weiterhin eine
Messeinrichtung 128, welche auch als„Auswerteeinrichtung“ bezeichnet werden kann.
Die Messeinrichtung 128 kann vorzugsweise als elektronisch steuerbare Messeinheit ausgeführt sein, welche insbesondere über einen Computer, einen Mikrocomputer oder einen programmierbaren Chip, z.B. einen ASIC oder ein FPGA, verfügen kann. Die hier exemplarisch dargestellte Messeinrichtung 128 weist einen Spannungsgenerator 130 zur Erzeugung einer elektrischen Spannung U, eine Messvorrichtung 132 zur Erfassung eines zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung U t) und eine Berechnungseinheit 134 zur Bestimmung der mindestens einen messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf die Eigenschaft der Oberfläche 1 12 des Werkzeugs 1 16 aus dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung U t) aufweisen. Die Messeinrichtung ist in Figur 1A als eigenständige Einrichtung ( stand-alone Gerät) ausgeführt, bevorzugt kann die
Messeinrichtung jedoch in eine Steuereinheit (nicht dargestellt) integriert sein, welche zur Steuerung eines die Vorrichtung 1 10 umfassenden Funktionselements eingerichtet sein kann. Andererseits können der Spannungsgenerator 130, die Messvorrichtung 132 und/oder die Berechnungseinheit 134 auch als separate Komponenten ausgeführt sein.
Die Messeinrichtung 128 in der Ausführung gemäß Figur 1A ist demnach dazu eingerichtet ist, um den Kondensator 120 mit der elektrischen Spannung U t) zu beaufschlagen, um den zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung U t) in dem
Kondensator 120 zu erfassen und um aus dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung U t) in dem Kondensator 120 die mindestens eine messtechnisch erfassbare Größe in Bezug auf die Eigenschaft der Oberfläche 112 des Werkzeugs 1 16 zu bestimmen.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Durchführung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 2 ist das aus Figur 1 A bekannte, beispielhaft in Form des Stempels 1 18 ausgeführte Werkzeug 1 16 erneut in Seitenansicht gezeigt, welches hier schematisch einen Anfangszustand 136 für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt, in welchem die metallisch leitfähige Schicht 124 in unbeschädigter Form vorliegt. Gemäß der oben erwähnten Gleichung (2)
C = s0sr -d , (2) wobei e0 die elektrische Feldkonstante, er die relative Permittivität des für die isolierende Schicht 122 verwendeten Dielektrikums, A die Größe der aus der metallisch leitfähigen Schicht 124 gebildeten elektrisch leitfähigen Fläche und d die Schichtdicke der isolierenden Schicht 122 bezeichnen, kann hierdurch ein Anfangswert C0 für die Kapazität C des Kondensators 120 festgelegt werden, welcher aus dem hierin einbezogenen Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche 1 12 des Grundkörpers 114, der isolierenden Schicht 122 und der metallisch leitfähigen Schicht 124 gebildet wird.
Werden nun, wie im ersten geänderten Zustand 138 in Figur 2 schematisch dargestellt, Aufschweißungen 140 in die metallisch leitfähige Schicht 124 eingebracht, kann sich dadurch die die Größe A der metallisch leitfähigen Schicht 124‘ vergrößern, während die elektrische Feldkonstante e0, die relative Permittivität er und die Schichtdicke d des für die isolierende Schicht 122 verwendeten Dielektrikums unverändert bleiben, wodurch sich gemäß Gleichung (2) ein erster geänderter Wert C für die Kapazität des Kondensators 120‘ ergibt, welcher den Anfangswert C0 der Kapazität des Kondensators 120 übersteigt. Der erste geänderte Wert C für die Kapazität des Kondensators 120‘ im ersten geänderten Zustand 138 lässt sich mittels der Messvorrichtung 132 zur Erfassung des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung U t) ermitteln.
Treten jedoch, wie im zweiten geänderten Zustand 142 in Figur 2 schematisch dargestellt, Risse und/oder Abplatzungen 144 in der metallisch leitfähigen Schicht 124 auf, kann sich dadurch die die Größe A der metallisch leitfähigen Schicht 124“ verringern, während die elektrische Feldkonstante e0, die relative Permittivität er und die Schichtdicke d des für die isolierende Schicht 122 verwendeten Dielektrikums unverändert bleiben, wodurch sich gemäß Gleichung (2) ein zweiter geänderter Wert C2 für die Kapazität des Kondensators 120“ ergibt, welcher geringer ist als der Anfangswert C0 der Kapazität des Kondensators 120. Auch der zweite geänderte Wert C2 für die Kapazität des Kondensators 120“ im zweiten geänderten Zustand 142 lässt sich mittels der Messvorrichtung 132 zur Erfassung des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Spannung U t) ermitteln. Aus einem Vergleich der zweite geänderte Wert C2 und des Anfangswerts C0 der Kapazität des Kondensators 120 kann sich, basierend auf der Verwendung von Gleichung (2), gemäß Gleichung (3) ein Anteil h, insbesondere ein prozentualer Betrag, der Risse und/oder der Abplatzungen 144 in der metallisch leitfähigen Schicht 124 des Werkzeugs 1 16 wie folgt ermitteln:
Figure imgf000022_0001
Auf diese Weise kann somit eine Aussage über einen prozentualen Abrieb einer
Wirkflache auf dem Werkzeug 116 getroffen werden.
Auf vergleichbare Art und Weise kann die Kapazität des Kondensators 120 gemäß Gleichung (2) dadurch vergrößert werden, indem die Schichtdicke d der isolierenden Schicht 122 abnimmt. Dies kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, indem die Temperatur in dem Grundkörpers 114 abnimmt und/oder indem eine Krafteinwirkung 146 auf die Oberfläche 112 des Werkzeugs 1 16 ausgeübt wird, wodurch in beiden Fällen das Dielektrikum der isolierenden Schicht 122 sich zusammenziehen bzw. zusammengedrückt werden kann.
Die Krafteinwirkung 146 auf die Oberfläche 1 12 des als Stempel 1 18 vorliegenden Werkzeugs 1 16 kann beispielhaft durch eine Stanzeinrichtung 148 ausgeführt werden, in welcher der darin befestigte Stempel 118 in Form eines Hubs 150 derart gegen eine gegenüberliegende, feste Platte 152 gepresst wird, dass die Platte 152 das Werkzeug so beaufschlagen kann, dass dadurch das Dielektrikum der isolierenden Schicht 122 zusammengedrückt werden kann. Der zeitliche Verlauf 154 der Kapazität C des
Kondensators 120 als Funktion der Anzahl n der Hübe 150 zeigt eine stetige, wenn auch geringe Abnahme der Kapazität C des Kondensators 120 bis zu einem kritischen Wert 156, bei welchem davon ausgegangen werden kann, dass der Stempel 1 18 als nicht mehr brauchbar betrachtet werden kann.
In analoger Weise kann die Kapazität des Kondensators 120 gemäß Gleichung (2) dadurch verringert werden, indem die Schichtdicke d der isolierenden Schicht 122 abnimmt. Dies kann insbesondere dadurch ermöglicht werden, indem die Temperatur in dem Grundkörpers 1 14 zunimmt, wodurch sich das Dielektrikum der isolierenden Schicht 122 ausdehnen kann. Zur Bestimmung der mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft der Oberfläche 112 des Grundkörpers 114 des Werkzeugs 1 16 kann der zeitlichen Verlauf der an dem Kondensator 120 anliegenden elektrische Spannung U t) über einen ausgewählten Zeitraum vorzugsweise wie folgt ausgewertet werden.
Zunächst kann ermittelt werden, ob eine Verringerung oder eine Erhöhung der Kapazität C des Kondensators 120 innerhalb des ausgewählten Zeitraums auftritt. Kann hierbei eine Verringerung der Kapazität C des Kondensators 120 beobachtet werden, so kann ein Auftreten eines mechanischen Verschleißes der Oberfläche 112 des Werkzeugs 1 16 oder eine Temperaturzunahme an der Oberfläche 112 des Werkzeugs 116 vorliegen. Während das Auftreten eines Verschleißes zu einer schlagartigen Änderung der Kapazität C des Kondensators 120 führen kann, kann sich eine Temperaturzunahme nur langsam auf die Kapazität C des Kondensators 120 auswirken, da eine Erwärmung des Werkzeugs 116 und damit seiner Oberfläche 1 12 nicht schlagartig erfolgen kann. Somit kann nun überprüft werden, ob der zeitliche Verlauf der elektrische Spannung U t) über den ausgewählten Zeitraum schlagartig oder nur allmählich erfolgt.
Kann hierbei jedoch eine Erhöhung der Kapazität C des Kondensators 120 beobachtet werden, so kann eine Temperaturzunahme an der Oberfläche 1 12 des Werkzeugs 1 16 oder eine Krafteinwirkung 146 auf die Oberfläche 1 12 des Werkzeugs 1 16 vorliegen. Während sich auch eine Temperaturabnahme nur langsam auf die Kapazität C des Kondensators 120 auswirken kann, da eine Abkühlung des Werkzeugs 1 16 und damit seiner Oberfläche 1 12 nicht schlagartig erfolgen kann, kann ein zeitlicher Verlauf der Krafteinwirkung 146 auf die Oberfläche 1 12 des Werkzeugs 1 16 bekannt sein und insbesondere auch zu einer schlagartigen Änderung der Kapazität C des Kondensators 120 führen. Somit kann auch hier nun überprüft werden, ob der zeitliche Verlauf elektrische Spannung U t) über den ausgewählten Zeitraum nur allmählich oder schlagartig, insbesondere analog zu dem zeitlichen Verlauf der Krafteinwirkung 146 auf die Oberfläche 1 12 des Werkzeugs 116, erfolgt.
Treten innerhalb des ausgewählten Zeitraums periodisch eine Verringerung und eine Erhöhung der Kapazität C des Kondensators 120 auf, so kann sich das Werkzeug 1 16 in einer Drehung befinden, deren Periode sich ebenfalls aus dem zeitlichen Verlauf der elektrische Spannung U t) bestimmen lassen kann. ln vielen Fällen kann die Bestimmung der mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft der Oberfläche 1 12 des Grundkörpers 114 wie folgt schematisch aus dem zeitlichen Verlauf der an dem Kondensator 120 anliegenden elektrische Spannung U t) über einen ausgewählten Zeitraum bestimmt werden:
Figure imgf000024_0001
Auf diese Weise kann die Bestimmung des mechanischen Verschleißes einer in einem Funktionselement eingebrachten und von außen nicht unbedingt zugänglichen Oberfläche eines Werkzeugs 116, insbesondere eines Kugellagers, eines Zahnrades oder einer
Turbine erfolgen. Hierbei kann gleichzeitig eine automatische Unterscheidung von weiteren messtechnisch erfassbaren Größen, insbesondere von der Temperaturänderung an der Oberfläche 1 12 des Werkzeugs 1 16, von einer Krafteinwirkung 146 auf die Oberfläche 1 12 des Werkzeugs 116 oder von einer Drehzahl in Bezug auf die Oberfläche 1 12 des Werkzeugs 1 16, erfolgen. Auf Basis einer derartigen Bestimmung insbesondere des mechanischen Verschleißes kann die Messeinrichtung 128 automatisiert eine Störungsmeldung erzeugen und zum Beispiel an eine Steuerungseinheit des
Funktionselements und/oder an das Funktionselement betreuendes Bedienpersonal senden. Damit lassen sich Ausfallzeiten des Funktionselements verringern und eine Prozesssicherheit im Betrieb des Funktionselements erhöhen. Liste der Bezugszeichen
110 Vorrichtung
112 Oberfläche
114 Grundkörper
116 Werkzeug
118 Stempel
120, 120‘, 120“ Kondensator
122 isolierende Schicht
124, 124‘, 124“ metallisch leitfähige Schicht
126, 126‘ elektrisch leitfähige Kontakte
128 Messeinrichtung
130 Spannungsgenerator
132 Messvorrichtung
134 Berechnungseinheit
136 Anfangszustand
138 erster geänderter Zustand
140 Aufschweißungen
142 zweiter geänderter Zustand
144 Risse und/oder Abplatzungen
146 Krafteinwirkung
148 Stanzeinrichtung
150 Hub
152 Platte
154 zeitlicher Verlauf der Kapazität des Kondensators
156 kritischer Wert

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche (112) eines Werkzeugs (1 16), mit den Schritten:
a) Bereitstellen eines Werkzeugs (1 16), welches einen Grundkörper (1 14), der eine elektrisch leitfähigen Oberfläche (1 12) aufweist, einen Kondensator (120) und mindestens zwei elektrisch leitfähige Kontakte (126, 126‘) umfasst, wobei der Kondensator (120) aus zumindest einem Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche (1 12) des Grundkörpers (114), mindestens einer hierauf aufgebrachten isolierenden Schicht (122) und mindestens einer hierauf aufgebrachten metallisch leitfähigen Schicht (124) gebildet ist, wobei der in den Kondensator (120) einbezogene Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche (112) des Grundkörpers (1 14) und die metallisch leitfähige Schicht (124) zwei elektrisch leitfähige Flächen des Kondensators (120) darstellen, welche durch die isolierende Schicht (122) als Dielektrikum räumlich voneinander getrennt sind, wobei die elektrisch leitfähigen Kontakte (126, 126‘) an die elektrisch leitfähige Oberfläche (1 12) des Grundkörpers (1 14) und an die metallisch leitfähige Schicht (124) angebracht sind;
b) Beaufschlagen des Kondensators (120) mit einer elektrischen Spannung und Ermitteln einer elektrischen Größe; und
c) Auswerten eines zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe, wodurch die mindestens eine messtechnisch erfassbare Größe in Bezug auf die Eigenschaft der Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (1 16) bestimmt wird.
2. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die gemäß Schritt b)
ermittelte elektrische Größe eine Änderung eines Parameters der an den
Kondensator angelegten elektrischen Spannung und/oder einer damit in
Beziehung stehenden elektrischen Größe umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die messtechnisch erfassbare Größe ausgewählt wird aus einem mechanischen Verschleiß der Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (1 16), einer Temperatur an der Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (1 16), einer Krafteinwirkung auf die Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (1 16) oder einer Drehzahl in Bezug auf die Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (1 16).
4. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei bei dem Auswerten des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe berücksichtigt wird, dass ein Auftreten des mechanischen Verschleißes der Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (1 16) oder einer Temperaturzunahme an der Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (1 16) zu einer Verringerung der Kapazität des Kondensators (120) führen, während eine Krafteinwirkung (146) auf die Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (116) oder eine Temperaturabnahme an der Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (116) zu einer Erhöhung der Kapazität des Kondensators (120) führen, während eine Drehung des Werkzeugs in Bezug auf dessen elektrisch leitfähige Oberfläche (1 12) zu einer periodischen Veränderung der Kapazität des Kondensators (120) führt.
5. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei aus einem Gradienten des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Größe einerseits zwischen dem Auftreten des mechanischen Verschleißes der Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (1 16) oder der Temperaturzunahme an der Oberfläche (112) des Werkzeugs (116) oder andererseits zwischen der Krafteinwirkung auf die Oberfläche (112) des
Werkzeugs (1 16) oder der Temperaturabnahme an der Oberfläche (112) des Werkzeugs (1 16) unterschieden wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der bereitgestellte Kondensator (120) mindestens jeweils zwei abwechselnd aufeinander aufgebrachte isolierende Schichten (122) und metallisch leitfähige Schichten (124) umfasst, wobei zwei metallisch leitfähige Schichten (124), welche an dieselbe isolierende Schicht (122) angrenzen, eine Teilkapazität ausbilden.
7. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei mindestens zwei
Teilkapazitäten vorhanden sind, welche in Reihenschaltung miteinander verbunden sind.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die isolierende Schicht (122) ausgewählt ist aus einer Metalloxidschicht, einer Keramikschicht oder einer isolierenden Lackschicht, und wobei die metallisch leitfähige Schicht (124) ausgewählt ist aus einer metallischen Beschichtung, umfassend Titan, Titannitrid, Titancarbid, Chromnitrid, Chromcarbonitrid oder eine Kombination hiervon, oder einem elektrisch leitfähigen Lack.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrisch
leitfähige Oberfläche (1 12) des Grundkörpers (1 14) aus einem mit einer weiteren metallisch leitfähigen Schicht versehenen zumindest teilweise elektrisch isolierenden Werkzeug (1 16) gebildet ist.
10. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des
Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche durchzuführen.
1 1. Vorrichtung (1 10) zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche (1 12) eines Werkzeugs (116), umfassend
- einen Grundkörper (1 14), welcher eine elektrisch leitfähigen Oberfläche (1 12) aufweist,
- einen Kondensator (120), welcher zumindest aus einem Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche (112) des Grundkörpers (1 14), mindestens einer hierauf aufgebrachten isolierenden Schicht (122) und mindestens einer hierauf aufgebrachten metallisch leitfähigen Schicht (124) gebildet ist, wobei der in den Kondensator (120) einbezogene Teil der elektrisch leitfähigen Oberfläche (1 12) des Grundkörpers (1 14) und die metallisch leitfähige Schicht (124) zwei elektrisch leitfähige Flächen des
Kondensators (120) darstellen, welche durch die isolierende Schicht (122) als Dielektrikum räumlich voneinander getrennt sind;
- mindestens zwei elektrisch leitfähige Kontakte (126, 126‘), wobei ein erster elektrisch leitfähiger Kontakt (126) an die elektrisch leitfähige Oberfläche (1 12) des Grundkörpers (1 14) angebracht ist und wobei ein zweiter elektrisch leitfähiger Kontakt (126‘) an die metallisch leitfähige Schicht angebracht (124) ist; und
- eine Messeinrichtung (128), welche dazu eingerichtet ist, um den
Kondensator (120) mit einer elektrischen Spannung zu beaufschlagen, um eine elektrische Größe zu ermitteln und um aus einem zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe die mindestens eine messtechnisch erfassbare Größe in Bezug auf die Eigenschaft der Oberfläche (1 12) des Werkzeugs (1 16) zu bestimmen.
12. Funktionselement, umfassend eine Vielzahl von Werkzeugen (1 16), wobei
mindestens eines der Werkzeuge (1 16) oder ein Teil hiervon eine Vorrichtung (1 10) nach dem vorangehenden Anspruch aufweist.
PCT/EP2018/082488 2017-11-27 2018-11-26 VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG MINDESTENS EINER MESSTECHNISCH ERFASSBAREN GRÖßE IN BEZUG AUF EINE EIGENSCHAFT EINER OBERFLÄCHE EINES WERKZEUGS Ceased WO2019101982A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017221190.3A DE102017221190A1 (de) 2017-11-27 2017-11-27 Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer messtechnisch erfassbaren Größe in Bezug auf eine Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkzeugs
DE102017221190.3 2017-11-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019101982A1 true WO2019101982A1 (de) 2019-05-31

Family

ID=64500382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/082488 Ceased WO2019101982A1 (de) 2017-11-27 2018-11-26 VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG MINDESTENS EINER MESSTECHNISCH ERFASSBAREN GRÖßE IN BEZUG AUF EINE EIGENSCHAFT EINER OBERFLÄCHE EINES WERKZEUGS

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017221190A1 (de)
WO (1) WO2019101982A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3701643A1 (de) 1987-01-21 1988-08-04 Still Gmbh Meldeeinrichtung fuer das melden des verschleisszustandes von buersten einer elektrischen maschine
EP0258215B1 (de) 1984-07-06 1989-10-18 ALVELID, Birger Herstellungsverfahren von zustandsmesswertaufnehmern für mechanische bestandteile und solche mechanische bestandteile
DE4312354C1 (de) 1993-04-16 1994-06-16 Giese Erhard Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils
US6384721B1 (en) * 2001-01-31 2002-05-07 Dana Corporation Brake wear sensor
DE102015218891A1 (de) * 2015-09-30 2017-03-30 Robert Bosch Gmbh Prüfanordnung zur Dehnungs- und Körperschallmessung eines Prüfkörpers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0258215B1 (de) 1984-07-06 1989-10-18 ALVELID, Birger Herstellungsverfahren von zustandsmesswertaufnehmern für mechanische bestandteile und solche mechanische bestandteile
DE3701643A1 (de) 1987-01-21 1988-08-04 Still Gmbh Meldeeinrichtung fuer das melden des verschleisszustandes von buersten einer elektrischen maschine
DE4312354C1 (de) 1993-04-16 1994-06-16 Giese Erhard Sensor zum Messen des Verschleißes der Oberfläche eines Maschinenteils
US6384721B1 (en) * 2001-01-31 2002-05-07 Dana Corporation Brake wear sensor
DE102015218891A1 (de) * 2015-09-30 2017-03-30 Robert Bosch Gmbh Prüfanordnung zur Dehnungs- und Körperschallmessung eines Prüfkörpers

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017221190A1 (de) 2019-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010030362A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur kapazitiven Bestimmung eines Füllstandes einer Flüssigkeit in einem Behälter
DE102016116118A1 (de) Wälzkörper zur Verwendung in einem Wälzlager
EP2685114B1 (de) Gleitlager sowie Verfahren zur Bestimmung des Verschleißes eines Gleitlagers
DE202011002485U1 (de) Rotierbares Wälzlager
WO2011064144A1 (de) Lagerungseinrichtung mit sensor zur messung der lageraufstandskraft einer rotierenden welle
DE19925458A1 (de) Sensormodul für Umform-, Stanz- und Spritzgußwerkzeuge
EP3728880B1 (de) Vorrichtung und ein verfahren zur ermittlung einer zustandsgrösse
DE10313060A1 (de) Wälzlager mit integrierter Zustandsmessung
WO2005031296A1 (de) Datenerfassungs- und verarbeitungssystem für ein wälzlager und wälzlager mit einem solchen system
WO2019101982A1 (de) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG MINDESTENS EINER MESSTECHNISCH ERFASSBAREN GRÖßE IN BEZUG AUF EINE EIGENSCHAFT EINER OBERFLÄCHE EINES WERKZEUGS
DE102004026307B4 (de) Taktiles Instrument
EP3153282B1 (de) Greifvorrichtung und betriebsverfahren für eine greifvorrichtung
WO2011160794A1 (de) Piezoresistiver kraftsensor
DE102010024806B4 (de) Drehmoment-Messeinrichtung und Verfahren zur Drehmomentmessung
DE202019005162U1 (de) Einrichtung zur Überwachung eines Gleitlagers mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil, die relativ zueinander bewegbar sind
EP2143982B1 (de) Dichtungsanordnung für eine Flanschverbindung
DE10331603B4 (de) Vorrichtung mit aufeinander abrollenden Zylindern mit wenigstens einem Sensor und ein Verfahren zur Messung eines Verschleißes von Schmitzringen
EP3913347B1 (de) Verwendung einer messvorrichtung zur erfassung der dehnung eines elastomeren schlauches
DE102007029683B4 (de) Verfahren zur Messung von Zustandsgrößen an mechanischen Komponenten
DE102023106251A1 (de) Verfahren zur bestimmung eines zustandes eines schmiermittels und ein tribologisches system
DE102012108820B4 (de) Sensor, elektrisches Bauelement, Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur oder einer Betriebsdauer eines elektrischen Bauelements und Verwendung einer intermetallischen Phase oder einer Phasengrenze als Sensor
DE102017130135A1 (de) Zustandsüberwachung eines Temperatursensors
DE102017123474A1 (de) Verfahren zur Detektion von Lagerschäden und Lageranordnung
WO2022122886A1 (de) Bauteil und verfahren zu seiner herstellung
EP3916256A1 (de) Verschleisssensor, überwachungssystem, lageranordnung und planetengetriebe

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18810977

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18810977

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1