Wirbelstromsensoren, aus dem Englischen auch „Eddy-Current“-Sensoren genannt, gehören zu den Wegaufnehmern und beruhen auf einem induktiven Messprinzip. Sie arbeiten berührungslos und sind damit sehr verschleißarm und langlebig.

Wirbelstromsensoren, aus dem Englischen auch „Eddy-Current“-Sensoren genannt, gehören zu den Wegaufnehmern und beruhen auf einem induktiven Messprinzip. Sie arbeiten berührungslos und sind damit sehr verschleißarm und langlebig. Ein induktiver Wirbelstromsensor erzeugt im Inneren ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld um eine Spule herum. Dadurch wird im zu erfassenden Zielmaterial in Abhängigkeit vom Abstand ein Wirbelstrom induziert, der seinerseits ein dem ursprünglichen Magnetfeld entgegengesetztes magnetisches Feld erzeugt – Voraussetzungen: Das Zielmaterial muss elektrisch leitfähig sein und der Zielbereich eine gewisse Größe aufweisen. Detektiert wird durch den Sensor nun eine Widerstandsänderung, die zur Bestimmung von Abstand, Position, Dicke, Ausrichtung, Neigung oder anderen Eigenschaften des Zielmaterials dienen kann. Auch die Rundlaufgenauigkeit von rotierenden Anlagenteilen kann so überprüft werden; hier geht es um sehr geringe Abstandsänderungen im Bereich von 0,5 bis 60 mm.

Nicht-leitende Materialien zwischen dem Wirbelstromsensor und dem Zielobjekt werden nicht detektiert, sodass Schmutz, Staub, Anhaftungen oder andere Materialien wie Kunststoff die Messung nicht beeinträchtigen. Diese Unempfindlichkeit prädestiniert Wirbelstromsensoren für den Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen. Schwankende Temperaturbedingungen zählen allerdings teilweise nicht dazu, die durchaus Einfluss auf das Messergebnis haben können. Zudem muss der Abstand zum Zielmaterial mindestens 10 % vom Sensor-Messbereich liegen. Durchgeführt werden Messungen per Wirbelstromsensor auch im Vakuum oder in Flüssigkeiten.

Einsatzmöglichkeiten

Viele Positionssensoren arbeiten vornehmlich über Kontakt zwischen Sensor und Messobjekt. Wenn ein solches berührendes Messverfahren z. B. aufgrund verschmutzter Umgebung nicht möglich ist, wenn es um sehr kleine Änderungen und geringen Einbauraum geht, sind Wirbelstromsensoren eine gute Wahl zur Wegmessung. Auch in baulich ungünstiger Position lassen sie sich gut integrieren. Anwendungsbeispiele gibt es u.a. in der Automotive- sowie Luft- & Raumfahrtindustrie, bei Abstandsmessungen von Wellen oder Rotorschaftmessungen, Dimensionierung, Sortierung und Gewindeprüfung, aber auch in industriellen Fertigungen bei umfangreichen Serienprüfungen.

Hohe Auflösung und Frequenz

Ein guter Wirbelstromsensor zeichnet sich durch eine hohe Auflösung (unsere feinsten Sensoren haben eine Auflösung von 0,1 µm) und einen höheren Frequenzgang aus. Letzterer bewirkt, dass sich das Wechselfeld schneller ändert und so auf kleinere Abstandsänderungen reagiert. Wir setzen auf Wirbelstromsensoren eines Premiumherstellers, der über 40 Jahre Messtechnikerfahrung hat. Neben der Auswahl des anwendungsspezifischen Sensors unterstützen wir auch mit wertschöpfenden Arbeiten, z. B. der Integration der Sensoren und der Elektronik in höherwertige Baugruppen, wie Gehäuse, zzgl. Anzeigen oder Verstärker und der anwendungsspezifischen Kalibrierung, um Plug-and-Play-fähige Messketten zur Verfügung zu stellen.

Zu den Wirbelstromsensoren

Berührungslose Messung:

verschleißarm und langlebig
Hochgenaue Messungen:

Abstandsänderungen im Bereich von 0,5 bis 60 mm
Keine Detektion von nicht-leitenden Materialien:

keine Beeinträchtigung der Messung durch Verunreinigungen
Kein und platzsparend:

gute Integration bei baulich schwierigen Verhältnissen

Kalibrierung

Die Kalibrierung ist für eine zuverlässige Messung in so kleinen Messbereichen mit so hoher Auflösung sehr wichtig. Dazu gehört sowohl die Erstkalibrierung als auch Rekalibrierungen, wenn der Sensor bereits länger im Einsatz ist. Für die Erstkalibrierung muss der Sensor auf das Zielmaterial eingerichtet werden. In der Regel schicken Kunden das Zielmaterial ein, um eine bestmögliche Kalibrierung zu gewährleisten (z. B. ausgerichtet auf die jeweilige magnetische Permeabilität des Materials u. a.). Althen kann diese Initialkalibrierung veranlassen und führt Rekalibrierungen inhouse durch.

Spezialsensor ThreadChecker

Um zu verdeutlichen, wie vielfältig die Einsatzmöglichkeiten von Wirbelstromsensoren sind, widmen wir uns einem Anwendungsbeispiel, dem ThreadChecker, als Spezialform des Wirbelstromsensors. Wie der englische Name besagt, wird dieser eingesetzt, um das Vorhandensein und die Qualität von Gewinden zu überprüfen. Er zeigt über ein analoges Ausgangssignal an, ob in einem automatisierten Prozess ein akkurates Gewinde gebohrt wurde oder nicht. In der Großserienfertigung von Teilen, die über ein Gewinde verfügen sollen, beispielsweise für die Automobilindustrie, ist der Einsatz des ThreadCheckers zeit- und ressourcensparend, wenn Teile während der Fertigung in Echtzeit statt am Ende des Produktionsprozesses geprüft werden können.

Gewinde unterscheiden

Um ein Gewinde zu überprüfen, wird der Wirbelstromsensor in das Gewinde eingetaucht. Zunächst muss das Gerät angelernt werden, d. h. es müssen Höhe, Eintauchtiefe und Zentrierung für den Sensor festgelegt werden. Im nächsten Schritt wird der ThreadChecker definiert eingetaucht und erkennt, ob das Gewinde in Ordnung ist (Anzeige per rotem oder grünem Lämpchen). Möglich ist auch eine Unterscheidung unterschiedlicher Gewinde. Wenn in Gewinde eingetaucht wird, erfolgen verschiedene Signale, die sich um ein bestimmtes Niveau bewegen. Anhand des Niveaus lässt sich feststellen, um welches Gewinde es sich handelt.

Alternativ könnten für Gewindeprüfungen auch Laser- oder kapazitive Sensoren zum Einsatz kommen. Diese brauchen jedoch eine saubere Prüfumgebung, sodass die zu prüfenden Teile erst von Schmiermitteln, Spänen und Schneidflüssigkeiten gereinigt werden müssten. Im Gegensatz dazu hat ein Wirbelstromsensor, der unter verschmutzten Bedingungen präzise funktioniert, die Nase vorn.