Die Unverwüstlichen

Spezial Sensor- und Messtechnik

Wirbelstrom Sensoren – Sie messen verschleißfrei mit höchster Präzision und trotzen äußeren Einflüssen: Die neuen Micro-Epsilon-Sensoren sind der ideale Partner in rauer Industrieumgebung.

09. Mai 2017

Das Wirbelstrom-Messprinzip nimmt unter den induktiven Messverfahren eine Sonderstellung ein. Der Effekt zur Messung via Wirbelstrom beruht auf dem Entzug von Energie aus einem Schwingkreis. Diese Energie ist zur Induktion von Wirbelströmen in elektrisch leitfähige Materialien nötig. Hierbei wird eine Spule mit Wechselstrom gespeist, worauf sich ein Magnetfeld um die Spule ausbildet. Befindet sich nun ein elektrisch leitender Gegenstand in diesem Magnetfeld, entstehen darin – gemäß dem Faradayschen Induktionsgesetz – Wirbelströme, die ein Feld bilden. Dieses wirkt dem Feld der Spule entgegen, was eine Änderung der Spulenimpedanz nach sich zieht. Der Controller misst wiederum diese Impedanz als Änderung der Amplitude und der Phasenlage der Sensorspule. Das Verfahren ist zur Messung gegen alle elektrisch leitenden Materialien einsetzbar. Eine spezielle Spulenwicklung der Micro-Epsilon-Sensoren ermöglicht besonders kleine Sensorbauformen, die auch bei hohen Temperaturen einsetzbar sind. Da Wirbelströme Isolatoren ungehindert durchdringen, können sogar Metalle hinter einer isolierenden Schicht als Messobjekt dienen. Staub, Schmutz und Öl beeinflussen die Messung daher nicht. Diese Tatsache und der robuste, temperaturstabile Aufbau der Sensoren ermöglichen hochpräzise Messungen auch in schwieriger industrieller Umgebung.

Ölspalt an hydrostatischen Lagern

Wirbelstrom-Wegsensoren werden in Großanlagen wie Steinmühlen oder Teleskopanlagen eingesetzt, die häufig mit hydrostatischen Lagern arbeiten. Das sind Lagersysteme, die mittels externer Druckversorgung laufend mit flüssigem Schmierstoff versorgt werden. Dieser wird zwischen die Lagerflächen gepresst, welche somit stets durch einen dünnen Schmierfilm voneinander getrennt sind. Die Lagerflächen sind also keinerlei Reibung ausgesetzt und arbeiten dadurch nahezu verschleißfrei. Hierbei können Positionen im Sub-Mikrometerbereich angefahren werden.

Ein Fehler in der Hydraulik, also ein Absinken des Öldrucks, kann fatale Folgen haben: Er verursacht Schäden am Lager und dadurch einen Ausfall der Anlage, was mit hohen Wartungs- und Reparaturkosten verbunden ist. Der Ölspalt an hydrostatischen Lagern muss deshalb stets zuverlässig und sicher überprüft werden. Speziell in Bereichen, in denen Druck, Schmutz, Öl und hohe Temperaturen auftreten, eignen sich dafür Wirbelstrom-Wegsensoren.

Messgenau bei jeder Temperatur

Zur Integration in Maschinen und Anlagen mit erhöhten Temperaturschwankungen, hat Micro-Epsilon mit dem Eddy NCDT 3005 ein neuartiges, leistungsfähiges Wirbelstrom-Messsystem zur schnellen und präzisen Wegmessung entwickelt. Sensoren und Controller sind temperaturkompensiert, wodurch die hohe Messgenauigkeit auch bei Temperaturschwankungen erreicht wird. Die Sensoren sind für Umgebungstemperaturen bis maximal 125 Grad Celsius ausgelegt und können optional für Temperaturen von -30 Grad bis zu 180 Grad Celsius ausgeführt werden. Das Messsystem ist für einen Umgebungsdruck von bis zu 10 bar ausgelegt.

Der Sensor ist für die OEM-Integration sowie für Anwendungen im Maschinenbau und im Offshore-Bereich bei Salzwasser geeignet. Das System setzt sich aus einem kompakten M12-Controller, dem Sensor und einem integrierten Kabel zusammen und ist werkseitig auf ferromagnetische sowie nicht ferromagnetische Materialien abgestimmt.

Die Sensoren der Reihe Eddy NCDT gelten als extrem präzise und werden auch für Messungen mit Mikrometer-Genauigkeit eingesetzt. Um die hohe Messgenauigkeit auch bei schwankenden Temperaturen sicherzustellen, sind die Sensoren von Micro-Epsilon aktiv temperaturkompensiert. Schwankungen der Umgebungstemperatur sind einer der wesentlichen Faktoren, die die Genauigkeit von Sensoren beeinflussen. Dabei kann man zwei Effekte unterscheiden, welche das Messsignal bei Temperaturänderungen beeinflussen. Zum einen sind dies mechanische Veränderungen, bei denen sich hauptsächlich die geometrischen Maße des Sensors und des Messobjektes ändern, indem sich die Materialien unterschiedlich ausdehnen oder zusammenziehen. Zum anderen sind es elektrische Einflüsse, die größeren Einfluss nehmen als die mechanischen Veränderungen. Hier können sich elektromagnetische Eigenschaften entscheidend ändern.

Micro-Epsilon nutzt zur Verbesserung der Temperaturstabilität eine aktive Temperaturkompensation. Somit werden mit aufwendigen Verfahren Temperatureffekte eingerechnet. Die Wirbelstrom-Wegsensoren der Reihe Eddy NCDT werden bei Umgebungstemperaturen im Bereich von -40 Grad Celsius bis über 200 Grad Celsius eingesetzt und zeigen sich unempfindlich gegen Temperaturschwankungen. Durch den innovativen Aufbau sowie die aktive Temperaturkompensation besitzen die Sensoren eine extrem hohe Temperaturstabilität.

In den Spezifikationen verschiedenster Hersteller ist dagegen oftmals nicht ersichtlich, ob die angebotenen Systeme eine Temperaturkompensation besitzen. Es finden sich lediglich Hinweise auf Temperaturbereiche für Betrieb oder Lagerung. Es lohnt also, auf die Temperaturkompensation zu achten und gegebenenfalls beim Hersteller diesbezüglich nachzufragen, da die Temperatur ein wesentlicher Faktor für eine erfolgreiche Messung ist.

Anpassungsfähig und individuell

So unterschiedlich die Kunden sind, so unterschiedlich sind die Branchen, in denen die Sensoren verwendet werden – und auch die Bedingungen, unter denen gemessen werden soll. Vom zu kleinen Bauraum, über angepasste Messbereiche und die Anpassung der Sensoren exakt auf die Maschine reicht das Spektrum. Bei Wirbelstrom-Wegsensoren bietet sich die Möglichkeit auf viele Kundenwünsche einzugehen und individuelle Lösungen zu schaffen. Gerade für mittlere und große Serien werden oftmals Änderungen an den Standard-Wirbelstromsensoren gewünscht. Für kundenspezifische Anforderungen lassen sich die Messsysteme vielfältig anpassen. Damit sind Änderungen an Kabeln, Sensormaterial- und Bauform sowie am Controller möglich. Besonders Sensoren mit integrierter Elektronik im Miniaturgehäuse oder spezielle Sensorbauformen werden oftmals von Systemintegratoren angefragt.

Beispiele für kundenspezifische Änderungen umfassen angepasste Grund- und Messabstände, geänderte Gehäuse- und Befestigungsoptionen, druckresistente Sensoren bis zu 2000 bar, miniaturisierte Bauformen, spezielles Material für Spule, Gehäuse und Platine, individuelle Kabellängen und Messobjektabstimmungen.

Bereits seit 1980 entwickelt und fertigt Micro-Epsilon eigene Wirbelstromsensoren. Seither wird die Technologie stetig weiterentwickelt und erfolgreich an neue Anforderungen angepasst. us

Erschienen in Ausgabe: 04/2017