F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R S c hi c ht- un d O b erf l ä c hente c hni k I S t 1 kapazitive Dünnschichtsensorik für Gleitringdichtungen Zur Erfassung der Spalthöhe in die beschichtete Oberfläche in definierten Abhängigkeit von Prozessparametern in Abständen aufgebracht. Auf die maskierte Gleitringdichtungen der EagleBurgmann Ringoberfläche wird homogen Chrom in Germany GmbH & Co. KG wurde am einer Dicke von nur 200 nm im PVD-Prozess Fraunhofer IST ein sensorisches Dünn- beschichtet. Nach Abschluss dieses Lift- schichtsystem entwickelt, welches direkt Off-Prozesses werden die Maskierungen auf die Gleitringoberfläche appliziert wird. entfernt und die Strukturen verbleiben Fraunhofer-Institut für Diese Kenngrößen erstmalig im Betrieb auf der Oberfläche. Jede einzelne Struktur Schicht- und Oberflächentechnik IST zu erfassen, ist ein wichtiger Schritt zur kann als eine Kondensatorplatte angesehen Optimierung und Verifizierung von Simula- werden. Das Besondere: Die Kontaktie- tionen und Betriebszuständen. rungsbereiche befinden sich nicht auf Bienroder Weg 54 E der Oberseite, sondern auf den schrägen 38108 Braunschweig Das kapazitive Schichtsystem Seiteninnenflächen − nur in diesem Bereich können die Lötverbindungen realisiert Ansprechpartner Dr.-Ing. Saskia Biehl Auf keramische Dichtungsringe der werden. Als Deckschicht wird abschließend Telefon +49 531 2155-604 EagleBurgmann Germany GmbH & Co. KG wieder SiCON® abgeschieden. [email protected] werden im ersten Beschichtungsprozess homogen eine elektrische Isolationsschicht www.ist.fraunhofer.de Das kapazitive Messprinzip aus einer mit Silizium und Sauerstoff modifizierten Kohlenwasserstoff-Schicht, Eine Kondensatorplatte wird in der Gleitflä- die auch als SiCON -Schicht bekannt ist, che des stationären Gleitrings mit Hilfe von abgeschieden. Mit einem Lasersystem oberflächenintegrierter Dünnschichtsenso- werden einzelne einseitig adhäsive Kontur- rik ausgebildet. Wie in den Abbildungen 1 maskierungen gefertigt und manuell auf und 2 zu sehen ist, befinden sich auf dem ® 20150324 1 Gleitring mit kapazitiver Dünnschichtsensorik. 2 Gleitring mehrere Kondensatorplatten. gene Linie) eingetragen. Es wurde eine sehr Die andere Kondensatorplatte stellt der gute Korrelation zwischen Experiment und rotierende Gegenring dar. Die Messung Numerik erzielt. der Kapazität eines Kondensators ist eine direkte Messgröße für den Plattenabstand. Die Kooperation Dieser steht wiederum im direkten Zusammenhang mit der sich im Betrieb der Die Entwicklung der kapazitiven Dünn- Dichtung einstellenden Spalthöhe. Damit schichtsensorik für Gleitringdichtungen von wird es möglich, die sich in Abhängigkeit EagleBurgmann Germany GmbH & Co. der Betriebsparameter wie Drehzahl und KG ist ein Ziel des vom BMBF geförderten Betriebsdruck resultierende Spaltweite Projekts »INTELLA« (Intelligente, leichte experimentell zu bestimmen. In dem unten- Lagerungen und Dichtungen für den Auto- stehenden Diagramm ist die experimentell mobil- und Maschinenbau), welches vom ermittelte Spalthöhe in Abhängigkeit von Projektträger Jülich betreut wurde. Die einer steigenden Betriebsdrehzahl darge- weiteren Projektpartner sind Schaeffler AG, stellt. Neben den Messwerten sind auch Cerobear GmbH, KSB AG, ScienLab elect- die im Rahmen der Auslegungsberechnung ronic systems GmbH und das Fraunhofer- ermittelten numerischen Werte (durchgezo- Institut für Werkstoffmechanik IWM. Darstellung der experimentell ermittelten Spalthöhe in 1600 6 1500 5 1400 4 1300 3 1200 2 1100 1 1000 0 2000 4000 6000 Spalthöhe [µm] Kapazität [pF] Abhängigkeit von der Drehzahl der Gleitringdichtung. 0 8000 Drehzahl [1/min] Spalthöhe Messwert Kapazität Messwert Spalthöhe numerisch Betriebsdruck p=konstant 2 Darstellung der einzelnen Kondensatorstrukturen mit dem innen liegenden Kontaktierungsbereich.
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