Berührungsloser Temperatur- und Verschleißsensor für magnetisch funktionalisierte Hartstoffschichten

Werkzeuge zur spanenden Bearbeitung werden vielfach mit einer Hartstoffbeschichtung versehen, die die Werkzeugoberfläche vor Verschleiß schützt. Die bisher vorhandene Messverfahren für den Verschleißgrad und die Temperatur weisen Einschränkungen hinsichtlich ihrer Nutzung auf. So existieren beispielsweise zahlreiche Methoden, die lediglich bei Unterbrechung des Bearbeitungsprozesses angewandt werden können. Verfahren, die im laufenden Prozess Messwerte erfassen können, erfordern hingegen oftmals besondere Randbedingungen. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Messverfahrens, das eine berührungslose Erfassung des Verschleißzustands und der Temperatur einer magnetisch funktionalisierten Hartstoffschicht erlaubt. Die Basis dieses Verfahrens bildet die Methode der Frequenzmischung, bei der zwei magnetische Wechselfelder zur Anregung des Sensormaterials verwendet werden. Das Antwortsignal des Sensormaterials enthält die sogenannten Frequenzmischkomponenten, die für die Auswertung genutzt werden. Als Indikator für den Verschleiß der Schutzschicht dient die Menge des in der Schicht vorhandenen magnetischen Materials. Das für diese Messung entwickelte Frequenzmischverfahren ist in der Lage, aus der Amplitude der Frequenzmischkomponenten einen Wert zu extrahieren, der in gewissen Grenzen vom Abstand zwischen dem Sensormaterial und den verwendeten Spulen unabhängig ist und der sich gleichzeitig als Maß für die magnetische Materialmenge eignet. Bei dem Verfahren zur Temperaturmessung wiederum werden nicht die Amplituden, sondern die Phasenwinkel der Frequenzmischkomponenten ausgewertet, die eine starke Temperaturabhängigkeit aufweisen. Die Arbeit stellt die Ergebnisse aus der Entwicklung und den Referenzmessungen dieser und weiterer Messverfahren auf Basis der Frequenzmischung dar. Zusätzlich wird die Kombination der verschiedenen Verfahren mit den Ziel einer parallelen Erfassung der Messgrößen diskutiert.