Rezeptoren in der Maschinenhaut - Tribologisch optimierte Oberflächensensoren für die Antriebstechnik

Beschichtungen mit integrierten sensorischen Eigenschaften eröffnen völlig neue Wege in der zukünftigen Gestaltung von Antriebselementen. Die intelligenten Schichtsysteme verfügen über hervorragende tribologische Eigenschaften und dienen zudem als Sensor für die Messung von Kraft und Temperatur sowie Torsion und Vibration im Reib- und Wälzkontakt. Die Realisierung von intelligenten, sensorischen Oberflächen kann auf verschiedene Weise erfolgen. Eine essentielle Forderung besteht vor allem darin, dass die Beschichtung neben den elektrisch-sensorischen Anforderungen auch die für die jeweilige Anwendung erforderlichen tribologischen Qualitäten erfüllt. Dazu entwickelte das Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik ein multifunktionales Schichtmaterial, das unter der Marke Dia-Force geschützt wurde. Es besteht aus amorphem Kohlenstoff mit definierten Nanostrukturen und kann, je nach den gewünschten Eigenschaften, mit kleinen Mengen verschiedener Metalle dotiert sein. Auf diese Weise werden winzige Nano-Partikel in der Schicht gebildet, die zur Einstellung der gewünschten elektrischen Eigenschaften verwandt werden können. Das 'Dia' in der Markenbezeichnung deutet an, dass ein Teil des Kohlenstoffs in der unverwüstlichen und extrem harten diamantartigen Struktur gebunden ist. Das Material ist extrem verschleißfest und reibungsarm und verfügt über hervorragende sensorische Eigenschaften. Die Dia-Force-Schichten werden mit modernen Plasmaverfahren im PVD- oder CVD-Modus hergestellt. Zur Verwirklichung von Sensor integrierten Beschichtungen für Wälzlager, ist es erforderlich, lokale Messpunkte aus der Dia- Force-Schicht bilden zu können, ohne dass die Topographie der Laufbahn nachteilig verändert wird. Hierzu wurde im FhG/IST ein planares Mehrlagenschichtsystem und eine geeignete Mikrostrukturierung entwickelt, die es gestattet, sensorische Netzwerke direkt in die Laufbahn der Wälzkörper zu integrieren.