Wirbelstromsensoren

Induktive Sensoren auf Wirbelstrombasis – für Weg, Abstand, Position

Induktive Sensoren auf Wirbelstrombasis – für Weg, Abstand, Position

Wirbelstrom-Wegsensoren gehören zur Gruppe der induktiven Wegsensoren und sind ideal geeignet für die Überwachung von Maschinen und Anlagen in rauer Industrieumgebung, wo Druck, Schmutz oder Temperaturschwankungen auftreten.

Im Gegensatz zu herkömmlichen induktiven Sensoren ermöglicht das Messprinzip von Wirbelstromsensoren sowohl Messungen auf nicht-ferromagnetischen Materialien (z.B. Aluminium) als auch auf ferromagnetischen Materialien (z.B. Stahl). Wirbelstromsensoren von Micro-Epsilon messen berührungslos und verschleißfrei äußerst präzise Größen wie Weg, Abstand, Position, Schwingung, Vibration und Dicke. Auch in anspruchsvollen Industrieumgebungen messen sie zuverlässig und mit höchster Präzision.

Obwohl Wirbelstromsensoren die gleichen Gesetze der magnetischen Induktion anwenden wie induktive Weg- und Näherungssensoren, ermöglicht ihre Luftspulen-Konstruktion eine höhere Genauigkeit, Messgeschwindigkeit und Stabilität bei Temperaturschwankungen.

Typischerweise werden Wirbelstrom-Wegsensoren dort eingesetzt, wo eine hohe Messgenauigkeit erforderlich ist und andere Sensoren mit den vorherrschenden Umgebungsbedingungen nicht zurechtkommen. Optische Sensoren werden zum Beispiel durch Schmutz oder Staub im Messspalt und durch hohe Temperaturen beeinflusst. Herkömmliche induktive Wegsensoren verwenden Ferritkerne, die einen vergleichsweise hohen Linearitätsfehler und einen geringeren Frequenzgang aufweisen. Außerdem nimmt ihre Messgenauigkeit mit schwankender Umgebungstemperatur ab.

Vorteile gegenüber herkömmlichen induktiven Sensoren

  • Schnelle Messungen bis zu 100 kHz
  • Hohe Auflösung und Linearität
  • Hohe Temperaturstabilität bei schwankenden Umgebungstemperaturen, die durch eine integrierte aktive Temperaturkompensation noch verbessert werden kann
  • Berührungslose Messung von Weg, Abstand und Position auf ferromagnetischen und nicht ferromagnetischen Materialien
  • Unempfindlich gegen hohen Druck, hohe Temperaturen, Schmutz, Dampf oder Öl

Anwendungsmöglichkeiten

Ölspaltmessung im hydrostatischen Lager

Eine Anwendung für Wirbelstrom-Wegsensoren sind große Maschinen wie Steinmühlen oder Teleskopanlagen, die oft mit hydrostatischen Lagern arbeiten. Diese Lagersysteme werden über eine externe Druckzufuhr kontinuierlich mit flüssigem Schmierstoff versorgt. Der Schmierstoff wird zwischen die Lagerflächen gepresst, die dadurch ständig durch einen dünnen Schmierstofffilm voneinander getrennt sind. Die Lagerflächen sind keiner Reibung ausgesetzt und arbeiten daher verschleißfrei.

Dies ermöglicht eine Positionsregelung im Submikrometerbereich. Störungen in der Hydraulik oder Druckabfälle können jedoch verheerende Folgen haben. Dies kann zu Schäden an den Lagern und schließlich zum Ausfall des Systems führen, was hohe Wartungs- und Reparaturkosten verursacht. Der Ölspalt in hydrostatischen Lagern erfordert daher eine kontinuierliche und zuverlässige Kontrolle.

Überwachung der Kurbelwellenposition beim Bearbeiten

Während des Schleifprozesses muss die Position zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück ständig überwacht werden, um eine übermäßige Belastung, Beschädigung und Zerstörung des Werkstücks und des Schleifwerkzeugs zu verhindern. Diese Aufgabe beinhaltet die mikrometergenaue Positionsmessung der Kurbelwelle mit induktiven Sensoren auf Wirbelstrombasis. Dabei ist sowohl eine kontinuierliche Abstandsregelung als auch ein konstanter Abstand zum Schleifwerkzeug erforderlich. Das analoge Sensorsignal wird deshalb an eine SPS übertragen. Diese regelt die Position des Schleifwerkzeugs anhand der gemessenen Werte. Da für den Schleifprozess Kühlflüssigkeit (Öl) verwendet wird, sind wirbelstrombasierte Sensoren bestens geeignet. Die Sensoren können auch in bestehende Anlagen integriert werden.

Überwachung von Formverformungen beim Aluminiumdruckguss

Bei der Herstellung von Aluminiumdruckgussteilen wird flüssiges Aluminium unter hohem Druck in eine Form gepresst. Die beiden Werkzeughälften werden mit großer Kraft zusammengehalten. Trotz dieser hohen Anpresskraft werden die Werkzeughälften nur minimal auseinander gepresst. Dieser Vorgang wird auch als Formatmung bezeichnet. Minimale Öffnungen sind bei diesem Prozess normal und gewollt, aber wenn der Spalt zu groß ist, führt dies zu Ausfransungen am Bauteil. Diese Ausfransungen müssen nachgearbeitet werden, um den hohen Qualitätsanforderungen des Endprodukts zu genügen. Verbleiben Aluminiumrückstände am Werkzeug, führen sie zudem zu erhöhtem Verschleiß, was die Lebensdauer des Werkzeugs verringert.

Ein Wirbelstrom-Messsystem besteht aus einem kompakten und robusten Controller, der zusammen mit dem Kabel und dem Sensor eine feste Einheit bildet. Das integrierte Sensordesign erhöht die Robustheit und Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen und macht das System unempfindlich gegenüber rauen Industrieumgebungen. Unabhängig von Temperaturschwankungen, Staub, Schmutz oder Druck liefern die Sensoren genaue Messergebnisse. Durch die kompakte Bauform des Sensor-Systems ist eine nachträgliche Integration in eine bestehende Maschine jederzeit möglich.

Robuste Sensoren mit maximaler Präzision

Wirbelstromsensoren von Micro-Epsilon sind prädestiniert für industrielle Umgebungen, wo anspruchsvolle Umgebungsbedingungen herrschen und dennoch äußerst präzise Messungen gefordert sind. Die Sensoren können in allen Bereichen eingesetzt werden, von der Messung der Spalte in hydrostatischen Lagern in großen Maschinen über das Spiel zwischen Kolben und Zylinder bis hin zu Abstandsmessungen auf Transportwalzen, die Kunststofffolien führen.

Konstrukteure im Maschinenbau und deren Zulieferer profitieren davon, wenn sich die Sensoren möglichst einfach integrieren lassen. Durch die miniaturisierte Bauform der meisten Sensoren lassen sich diese optimal in die Maschine integrieren, ohne dass aufwändige konstruktive Änderungen notwendig wären.

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