Sensoren zur Abstandserfassung in Prüfständen

Jegliche Art moderner Prüfstände stellt eine komplexe Verbindung mechatronischer Disziplinen dar. Sie bestehen aus dem mechanischen Aufbau, der Software zur Steuerung des Prüfstandes sowie Messtechnik und Sensorik. Die Messtechnik trägt stets einen signifikanten Anteil zum Know-how eines Prüfstandes bei, dessen Leistungsfähigkeit hängt dabei wesentlich von der Präzision der Sensorik ab. Häufig werden hier Wirbelstromsensoren des Messtechnik-Unternehmens Micro-Epsilon eingesetzt

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TORNOS S.A.

Fondation Polyval

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Micro-Epsilon (Swiss) AG

Wirbelstrom-Wegsensoren werden in unterschiedlichen Applikationen verwendet, doch die Anforderungen sind zumeist ähnlich. Gefordert wird häufig eine Auflösung im Nanometerbereich, bei möglichst kleinem Bauvolumen des Sensors. Dieser soll resistent gegen äussere Einflüsse sein und flexibel in Bau- oder Anlagenteile integriert werden können, da das Messobjekt in der Regel im Inneren des Prüfstandes zu finden ist. Die Messaufgabe an sich verlangt dann zum Beispiel Spalt-, Abstands- oder Verlagerungsmessung.

Die genannten Anforderungen werden von Wirbelstromsensoren sehr gut erfüllt. Die Sensoren selbst sind dabei im Vergleich zum Prüfstand ein verschwindend kleines Bauteil, insofern der derzeit weltweit kleinste nur 2 mm Aussendurchmesser besitzt. Dennoch ruht eine enorm wichtige Aufgabe auf diesem Bauteil.

Wie funktioniert ein Wirbelstromsensor?

Der Effekt zur Messung via Wirbelstrom beruht auf dem Entzug von Energie aus einem Schwingkreis. Diese Energie ist zur Induktion von Wirbelströmen in elektrisch leitfähigen Materialien nötig. Hierzu wird eine Spule mit Wechselstrom gespeist, worauf sich um die Spule ein Magnetfeld ausbildet. Befindet sich ein elektrisch leitender Gegenstand in diesem Magnetfeld, entstehen darin Wirbelströme. Das Eigenfeld dieser Wirbelströme wirkt entsprechend der Lenz?schen Regel dem Feld der Spule entgegen, was eine Änderung der Spulenimpedanz nach sich zieht. Diese abstandsabhängige Impedanzänderung lässt sich durch Amplitudenänderung der Sensorspule als messbare Grösse am Controller abgreifen.

Das Verfahren ist bei allen elektrisch leitenden Materialien einsetzbar. Da Wirbelströme Isolatoren ungehindert durchdringen, können sogar Metalle hinter einer isolierenden Schicht als Messobjekt dienen. Eine spezielle Spulenwicklung ermöglicht besonders kleine Sensorbauformen, die auch noch bei hohen Temperaturen bis 320°C einsetzbar sind. Alle Wirbelstromsensoren sind unempfindlich gegen Schmutz, Staub, Feuchte, Öl und Druck und sind daher für ein schwieriges industrielles Umfeld sehr gut geeignet.

Die Wirbelstromsensoren beispielsweise der Serie «eddyNCDT» von Micro Epsilon decken Messbereiche zwischen 0,4 mm und 80 mm ab, wobei die Sensorgeometrie direkt vom Messbereich abhängt. Ein Messkanal kann dabei eine Auflösung von max. 0,09 Nanometer erreichen.