Het Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) heeft via lasers gestructureerde rekstrook-sensoren ontwikkeld, die direct op het oppervlak van een machine, op lagers of op motoren kunnen worden aangebracht. Deze robuuste sensoren zijn bestand tegen grote temperatuurswisse-lingen en tegen mechanische en chemische belastingen.
De lasergestructureerde rekstrook meetsensoren maken een nauw-keurige bepaling van krachten mogelijk, ook op kritische meetplaatsen zoals zwaarbelaste machines of complexe 3D-onderdelen. De productie van de sensorstructuren met behulp van ultrakorte laserpulsen wordt momenteel verder ontwikkeld om de productie van hoogwaardige dunnelaag sensoren ook voor kleine en grotere aantallen economisch interessant te maken.
Rekstrook meetsensoren moeten de optredende krachten in machines, lagers of motoren exact in realtime meten, zo dicht mogelijk bij de plaats van de belasting. Maar de omstandigheden die daar voorkomen, vragen om sensoren die bestand zijn tegen grote temperatuurswisselingen en mechanische en chemische belastingen.
Beperkingen
De gebruikelijke sensoroplossingen tonen zwakke punten. Vaak worden verlijmde folies met rekstrooksensoren gelijmd, maar hier kan de lijmlaag verschuiven of opzwellen waardoor foutieve meetresultaten ontstaan. Vooral in een ruwe omgevingen beïnvloedt dit de stabiliteit van de sensoren op de lange termijn in belangrijke mate.
Voor toepassingen met bijzondere eisen worden daarom bij voorkeur rek-strooksensoren gebruikt die zijn gebaseerd op dunnelaag technologieën. De daarbij toegepaste foto-lithografische patronen van de sensoren zijn echter duur en bij kleine en middelgrote aantallen vaak niet rendabel. Bovendien is de van oorsprong in de elektronicaproductie toegepaste maskertechniek te beperkt voor de bewerking van complexe componenten met cilindrische, bol-vormige of vrij gevormde oppervlakken. Dit begrenst daarmee de toepassing van de rekstrooksensoren tot een vlakke ondergrond.
Nieuwe techniek
De door het Laser Zentrum ontwikkelde techniek met door lasers gestruc-tureerde rekstrooksensoren kan hier uitkomst bieden. Na volledige afdekking van de component met een isolatie- en een sensorlaag bewerkt een laser met ultrakorte pulsen de sensorstructuren met laterale resoluties van 10 µm tot 100 µm zonder de gevoelige laag door warmtetoevoer te beschadigen. Dure maskerprocessen kunnen hierdoor vervallen en de sensoren zouden direct op een complexe, driedimensionale geometrie kunnen worden vervaardigd.
De ontwikkeling is onderdeel van het onderzoeksgebied ‘Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus’ dat door de Deutsche Forschungsgemeinschaft wordt gefi-nancierd. Het hoofddoel is een netwerk van sensoren voor proces-, machine- en componentenbewaking, dat informatie verzamelt en uit de ervaringen conclusies trekt. Binnenkort moeten de eerste prototypes van de lasergestruc-tureerde sensoren worden geïntegreerd in de slede van de Z-as van een machine. Buiten de machinebouw zijn verdere toepassingsmogelijkheden van de nieuwe oppervlaktesensor mogelijk in de voertuigtechniek, lager techno-logie, robotica en de medische techniek (protheses).
Aanvullende technieken
Daarnaast houden onderzoekers aan het Laser Zentrum zich bezig met een proces voor verbetering van de coating van complexe oppervlakken. In samenwerking met het Fraunhofer Institut für Schicht- und Ober-flächentechnik (IST) worden de mogelijkheden onderzocht van het hoog vermogen-puls-magnetronsputtering (HPPMS) en een procedé van het gemoduleerde puls-plasma (MPP).
Beide methoden zouden zowel de oppervlakteruwheid van de afgezette laag als het coaten van scherpe overgangen beduidend kunnen verbeteren. Het MPP-proces heeft bovendien het voordeel, dat behalve verbeterde coatingeigen-schappen, ook een grotere laagdikte is te bereiken dan bij de conventionele methoden.
