Zur Beurteilung technischer Oberflächen mit Hilfe der Hochfrequenz-Impedanzmessung-Modellierung und Simulation

Abstract

Am Institut für Mikro- und Feinwerktechnik der TU Wien wird ein neues Verfahren zur Beurteilung der Oberflaechenguete tribologisch beanspruchter Oberflaechen, insbesondere von pulvermetallurgisch hergestellten Teilen, untersucht bzw. entwickelt. Es wird dafuer ein kapazitiver Sensor vorgesehen, der es ermoeglichen soll, integrale Oberflaechenkennwerte einer solchen Oberflaeche zu quantifizieren. Bisher gebraeuchliche Messverfahren ermitteln auf Grund der Porositaet von Sinteroberflaechen meist eine geringe Oberflaechenguete, obwohl die tragenden Flaechen dieser Teile im Sinne der mechanischen bzw. tribologischen Funktion eine deutlich hoehere Qualitaet aufweisen koennen. Um im Vorfeld der geplanten Entwicklung Aussagen ueber die Anwendbarkeit treffen zu können, und in weiterer Folge ein Werkzeug bei der Entwicklung des Sensors verfuegbar zu haben, wird ein, auf der Methode der Finiten Elemente basierendes, Simulationsmodell entwickelt. Dieses Modell ermoeglicht es, bestimmte vorzugebende Oberflaechengeometrien zu modellieren, und auf Grund der berechneten Feldverhaeltnisse im Gebiet zwischen Sensorelektrode und modellierter Werkstueckoberflaeche, Aussagen ueber das Verhalten eines derartigen Messverfahrens zu treffen. Folgende Aspekte werden im Detail behandelt: - Modellierungsverfahren zur Nachbildung der Geometrie der Werkstueckoberflaeche. - Uebertragung der Geometriemodelle in die Finite Elemente Software. - Erstellung des Finite Elemente Volumenmodells. - Simulation des elektrostatischen Feldes im Gebiet zwischen Sensor und Werkstueckoberflaeche. - Berechnung der Kapazitaet aus dem simulierten Feld Mit dem neuen Simulationswerkzeug werden ausgewaehlte Oberflaechenstrukturen modelliert, um festzustellen, wie die Simulationsergebnisse mit herkoemmlichen Oberflaechen-parametern (z. B. Mittenrauwert, Glaettungstiefe) als auch mit integralen Parametern (z. B. Flaechenrauheit, Flaechenrautiefe, Flaechenmittenrauwert, lokale Materialkonzentration, fraktale Dimension) korrelierbar sind. Letztendlich werden auf Grund der Ergebnisse dieser Simulationen Designhinweise für die Entwicklung eines derartigen Sensor gegeben.