Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung von Herstellung und Signalerfassung magnetoelastischer Bilayer.<br />Der Bilayer ist ein, typischerweise 100 µm dicker, biegempfindlicher Bimetallstreifen, der durch die Kombination eines magnetostriktiven Layers und eines - meist nichtmagnetischen - Counter Layers entsteht.<br />Die Empfindlichkeit beruht darauf, dass bei Biegung des Bilayers mechanische Spannungen im magnetostriktiven Layer induziert werden, wobei die Höhe dieser Spannungen und somit die Empfindlichkeit durch den Counter Layer eingestellt werden können. Durch den magnetoelastischen Effekt verändert sich bei Biegung die Magnetisierbarkeit des magnetostriktiven Layers, was für die Signalerfassung ausgenutzt wird.<br />Basierend auf ausgiebiger Modellbildung wird eine Materialwahl und -Dimensionierung durchgeführt. Unterschiedliche Herstellungstechnologien werden untersucht und Ergebnisse produzierter Bilayer präsentiert. Dabei kommen die Technologien Kleben, Schweißen, Löten, Nieten, Abschrecken aus der Schmelze und elektrolytisches Abscheiden zur Anwendung.<br />Empfindlichkeiten bis zu 80 % für eine Krümmungsänderung von nur 1/m wurden dabei erzielt.<br />Die Signalerfassung wird mit Spulen und spezifisch entwickelter Elektronik sowohl kontaktbehaftet aber auch kontaktlos realisiert.<br />Während Erstere hochsensible Messungen ermöglicht, kann bei Letzterer ein Detektionsbereich von bis zu 1 m erzielt werden. Möglichkeiten, verschiedenste Messgrößen, wie z.B. Krümmung, Kraft, Position uvm., auf die Biegung des Bilayers zurückzuführen und dadurch zu detektieren, werden aufgezeigt. Die Multifunktionalität des Sensorsystems wird anhand von Anwendungen im medizintechnischen- sowie automotiven Bereich dargelegt.<br />
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This work concerns the optimisation of the production and signal establishment of magnetoelastic bilayers.<br />The bilayer is a bending sensitive bimetal ribbon of typically 100 µm thickness consisting of a magnetostrictive layer and a counter layer.<br />The sensitivity is based on mechanical stresses induced in the magnetostrictive layer which can be controlled by the counter layer. As a result of the magnetoelastic effect, the stresses yield a change of the magnetic behaviour of the magnetostrictive layer which is utilized for signal detection.<br />On the basis of extensive modelling material selection and dimensioning was performed. Different manufacturing procedures are investigated and results of the produced bilayers are presented. The utilized technologies are agglutination, welding, soldering, riveting, melt spinning and electroplating. Sensitivities up to 80 % for a curvature of only 1/m were realised.<br />The signal detection is performed with coils and specifically developed electronics either in-contact or contactless. While the first enables measurements of highest sensitivity, the second one can be used to detect bilayers within a range of up to 1 m. The possibilities to measure different physical quantities such as curvature, force, position a.o. by the help of the bilayer are shown. The multifunctional use of the sensor system is presented for medical and automotive applications.
