Wirbelstromsensoren in industriellen Messanwendungen

Wenn es um berührungslose Messungen in rauen Industrieumgebungen geht, gibt es eine Technologie, die immer wieder überzeugt: die Wirbelstrommesstechnik. Bei Althen Sensors & Controls sehen wir täglich, wie dieses Messprinzip die Art und Weise verändert, wie Ingenieure und OEMs Präzisionsmessaufgaben angehen – von der Maschinenüberwachung bis hin zu integrierten Positionsrückmeldungen. Doch was macht Wirbelstromsensoren so besonders? In diesem Artikel erfahren Sie, wie sie funktionieren, warum sie anderen Technologien oft überlegen sind und in welchen Anwendungen sie ihre Stärken ausspielen.

Was sind Wirbelströme?

Wirbelströme sind kreisförmige elektrische Ströme, die in leitfähigen Materialien entstehen, wenn diese einem sich ändernden Magnetfeld ausgesetzt sind. Dieses Phänomen, im 19. Jahrhundert von Léon Foucault entdeckt, erzeugt ein Gegenfeld, dessen Stärke Rückschlüsse auf Abstand, Verschiebung oder Vibration zulässt. In der Sensortechnik wird dieser Effekt genutzt, um metallische Objekte hochpräzise und berührungslos zu erfassen.

Dynamische vs. statische Anwendungen

Ein entscheidender Vorteil von Wirbelstromsensoren ist ihre Fähigkeit, sowohl in dynamischen als auch in statischen Messumgebungen präzise Ergebnisse zu liefern – vorausgesetzt, das passende Sensormodell wird gewählt. In dynamischen Anwendungen wie der Wellenvibrationsanalyse, der Lagerluftüberwachung oder bei hochfrequenten linearen Bewegungen sorgen die hohe Bandbreite und die schnelle Reaktionszeit der Sensoren für exakte Echtzeitdaten ohne Signalverzögerung.

In statischen oder langsam veränderlichen Szenarien – etwa bei der Überwachung thermischer Ausdehnung, Strukturverformung oder Spaltmessung in Prüfaufbauten – sind Sensoren mit hoher Auflösung und exzellenter Temperaturstabilität gefragt. Im Vergleich zu LVDTs oder Dehnungsmessstreifen bieten Wirbelstromsensoren eine berührungslose, verschleißfreie Alternative, die auch unter Verschmutzung oder Temperaturschwankungen zuverlässig arbeitet. Die Kenntnis Ihrer Messdynamik hilft uns, die optimale Sensorkonfiguration zu bestimmen – egal ob schnell, langsam, präzise oder robust.

Materialeinfluss und Kalibrierung

Die Leitfähigkeit und magnetische Permeabilität des Zielmaterials beeinflussen direkt das Sensorergebnis.
Ein Sensor, der auf Aluminium kalibriert ist, reagiert beispielsweise anders auf Baustahl. Daher sollte die Kalibrierung stets an das tatsächliche Zielmaterial angepasst werden, um optimale Linearität und Empfindlichkeit zu gewährleisten. 

Typische Anwendungen

Wirbelstromsensoren von Althen kommen in vielen Branchen zum Einsatz, z. B.:

• Industrielle Automation: Positionsregelung in Robotern, Pressen oder Stanzanlagen.
• Luft- und Raumfahrt: Wellenversatzmessung in Turbinen oder Ermüdungstests an Komponenten.
• Maschinenüberwachung: Erkennung von Rundlauf, Exzentrizität oder Vibration.
• OEM-Integration: Echtzeit-Hubmessung in Hydraulik- und Pneumatikzylindern.
   

Praxisbeispiele: Air Gap Tool und Thread Checker

Zwei besonders praxisnahe Anwendungen der Wirbelstrommesstechnik, die wir über unsere Kaman-Produktlinie anbieten, sind das Air Gap Tool (AGT) und der Thread Checker (TC).

Das Air Gap Tool ist ein hochpräzises Messsystem zur Bestimmung des Luftspalts zwischen rotierenden Komponenten – häufig eingesetzt in Turbinen, Generatoren und Elektromotoren, wo bereits kleinste Spaltänderungen zu Effizienzverlusten oder mechanischen Schäden führen können.

Der Thread Checker hingegen automatisiert die Überprüfung von Gewinden in metallischen Bohrungen während der Produktion. Er erkennt fehlende oder fehlerhafte Gewinde, ersetzt die manuelle Kontrolle und steigert so die Prozesssicherheit und Produktionsgeschwindigkeit auf Montage- oder Fertigungslinien.

Beide Systeme nutzen die Robustheit, Genauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit der Wirbelstromtechnologie und zeigen eindrucksvoll, wie dieses Messprinzip intelligente Automatisierung und Qualitätskontrolle in kritischen Industrieanwendungen unterstützt.

Die Auswahl des richtigen Wirbelstromsensors

Nicht alle Wirbelstromsensoren sind gleich. Die Auswahl des passenden Sensors hängt von der Messumgebung, dem Zielmaterial und der geforderten Präzision ab.
Unsere Experten unterstützen Sie bei der Bewertung aller relevanten Faktoren:

• Messbereich: Von wenigen Mikrometern bis zu mehreren Millimetern – je nach Anwendung.
• Zielmaterial: Wirbelstromsensoren funktionieren ausschließlich bei leitfähigen Materialien wie Aluminium oder Stahl. Das Material beeinflusst Kalibrierung und Empfindlichkeit.
• Linearität und Genauigkeit: Für präzisionskritische Aufgaben, etwa in Prüfständen, empfehlen wir Sensoren mit enger Linearitätstoleranz und werksseitiger Kalibrierung.
• Temperaturbereich: Erhältlich sind auch Hochtemperaturvarianten, die bis 200 °C und mehr zuverlässig arbeiten.
• Signalausgang: Je nach Steuerungssystem stehen analoge Spannungs- oder Stromsignale (4–20 mA) sowie digitale Schnittstellen zur Verfügung.

Benötigen Sie Unterstützung bei der Auswahl? Unser Team bietet maßgeschneiderte Konfigurationen und liefert vorkalibrierte Plug-and-Play-Systeme – für eine schnelle und zuverlässige Integration in Ihre Anwendung.

Installationstipps für präzise Messergebnisse

Die beste Leistung eines Wirbelstromsensors beginnt mit der richtigen Installation. Hier sind fünf bewährte Tipps, die wir unseren Kunden bei der Inbetriebnahme empfehlen:

1. Ausrichtung beibehalten: Der Sensor sollte senkrecht zur Zieloberfläche montiert werden. Schon kleine Abweichungen können nichtlineare Messwerte verursachen.
2. Abstand einhalten: Verwenden Sie stets den empfohlenen Messabstand und bleiben Sie innerhalb des linearen Bereichs, um höchste Genauigkeit zu erzielen.
3. Magnetische Störeinflüsse vermeiden: In der Nähe befindliche ferromagnetische Materialien können das Messergebnis beeinflussen – bei Bedarf abschirmen.
4. Kabel sichern: Verhindern Sie Kabelbewegungen oder Vibrationen in Sensornähe, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsmaschinen.
5. Temperatur berücksichtigen: Bei wechselnden Umgebungstemperaturen sollten Sie Sensoren mit Temperaturkompensation einsetzen oder thermische Drift in die Kalibrierung einbeziehen.

Ist ein Wirbelstromsensor die richtige Wahl für Sie?

Wenn Sie einen robusten, präzisen und wartungsfreien Positionssensor für metallische Ziele suchen, lautet die Antwort eindeutig: Ja. Wirbelstromsensoren bieten zuverlässige, berührungslose Messungen – selbst in rauen Industrieumgebungen.