Intelligenter Drehmeißel - IDEE

Das industrielle Verbundprojekt IDEE hatte das Ziel, ein Mikrosystem zu entwickeln, welches mit Hilfe von neuartigen Dünnschichtwandlern direkte Messungen in der Hauptbelastungszone von Zerspanwerkzeugen erlaubt. Das Lösungskonzept basiert auf einer schichttechnologische Integration von Bruch- und Verschleißsensoren in die Verschleißschutzbeschichtung von Schneidplatten. Dabei wurden erstmalig Verschleißsensoren an den Freiflächen der Wendeschneidplatten realisiert, die eine um die Schneidkante umlaufende Leiterbahnführung besitzen. Auf diese Weise konnte die elektrische Kontaktierung in einer geschützten Zone mit nur einem Kontakt vorgesehen werden. Zur Signalabnahme wurden galvanische Federkontakte konzipiert. Für die Signalübertragung zu einem Überwachungs- und Steuerungssystem wurde eine telemetrische Lösung vorgesehen. Das Projekt wurde von einem aus zwei Instituten und sechs industriellen Partnern gebildeten Konsortium bearbeitet. Zur Realisierung der sensorischen Schaltkreise wurden handelsübliche Schneidplatten verwandt, die mit einer elektrisch isolierenden Al2O3 Schicht mit einer Dicke von 3-8 µm und einer TiN Wandlerschicht von nur 100 - 500 nm Dicke sowie einer zweiten, verschleißfesten Al2O3 Isolationsschicht belegt wurden. Für die Strukturierung der Sensorebene wurden sowohl fotolithographische als auch direktschreibende laserablative Verfahren erfolgreich entwickelt. Die elektrischen Schaltkeiselemente und Wandler wurden aus nur einer Schicht realisiert. Das auf diese Weise gebildete Mikrosystem konnte bei der Zerspanung von Stahl getestet werden. Dabei wurde die Funktionalität des Systems nachgewiesen. Bis zu 8 km Spanlänge wurde mit sensorintegrierten Platten bei 0,25mm Freiflächenverschleiß erreicht. Weitere Verbesserungen müssen allerdings bei der Isolation der Sensoren und der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse erfolgen.