Ein Allrounder der Messtechnik
Das Wirbelstromverfahren ist ein Allrounder unter den Messtechniken. Es hilft Bauteile in der Fertigung zu positionieren und Oberflächenkonturen zu überprüfen. Außerdem kann damit die Qualität von Materialien überwacht werden: von der Materialzusammensetzung über Schichtdicken, deren Härte bis hin zu Rissen.
Moderne Münzgeldautomaten nutzen die Wirbelstromtechnik, um Geldstücke zu prüfen: Eine stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld durch das die Münze hindurchfällt. Dabei dringt das Magnetfeld in die Münze ein und erzeugt den so genannten Wirbelstrom. Je nach Materialart baut dieser ein magnetisches Gegenfeld auf, dessen Auswirkungen gemessen werden. Da die Euro-Münzen aus verschiedenen Legierungen und bis zu drei Schichten bestehen, liefert jede Münze ein charakteristisches Messsignal. Gefälschte Geldstücke haben keine Chance.
Das gleiche Prinzip wendet Bosch in der Fertigung an: Nähert man eine Spule einer Bauteiloberfläche, so hat das messbare Rückwirkungen auf deren Magnetfeld. Einerseits wird dies zu Abstandsmessungen genutzt, um beispielsweise Komponenten sehr genau zu positionieren, andererseits können Fertigungsgenauigkeiten und Materialeigenschaften geprüft werden. Dazu zählen Geometrie, Maßhaltigkeit, Materialart und Schichtdicke.
Schnell und robust
Die Wirbelstromtechnik ist robust, schnell und hat eine große Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten. Doch gerade letzteres ist auch eine Schwäche des Verfahrens, denn das Messsignal wird von vielen Faktoren gleichzeitig bestimmt. In den meisten Fällen interessiert nur eine Messgröße, beispielsweise die Härte des Materials.
Die Herausforderung für die Bosch-Forschung besteht darin, das Wirbelstromverfahren auf die konkreten Messaufgaben hin auszurichten. Dafür müssen geeignete Auswerteverfahren entwickelt werden, die die störenden oder nicht interessierenden Anteile des Messsignals minimieren.
Im Fertigungstakt von nur einer Sekunde wird bei hochbeanspruchten Bauteilen für die Benzineinspritzung überprüft, ob die aufgalvanisierte Verschleißschutzschicht aus Chrom exakt aufgebracht ist. Diese Schicht ist nur sieben Mikrometer dick. Kleinste Abweichungen müssen aufgespürt werden. Die Kunst der Forscher besteht nun darin, die Schichtdicke auf Bruchteile eines Mikrometers genau zu bestimmen – obwohl die Schwankungen der Materialeigenschaften des Grundstoffs Stahl die Messung stärker beeinflussen als die hauchdünne Chromschutzschicht.
Auch in anderen Anwendungen muss die Oberflächengüte betrachtet werden. Bei Einspritzkomponenten von schweren Schiffsdieselmotoren wird die Stahloberfläche bei hohen Temperaturen durch den Einbau von Stickstoffatomen gehärtet. Allerdings muss die äußerste, raue und teilweise poröse Verbindungsschicht präzise abgeschliffen werden. Es darf weder ein Teil dieser Schicht übrig bleiben, noch zu viel von der harten Diffusionsschutzschicht abgetragen werden. Dies wird durch eine speziell dafür ausgelegte Wirbelstrommesstechnik sichergestellt.
Das gleiche Prinzip wendet Bosch in der Fertigung an: Nähert man eine Spule einer Bauteiloberfläche, so hat das messbare Rückwirkungen auf deren Magnetfeld. Einerseits wird dies zu Abstandsmessungen genutzt, um beispielsweise Komponenten sehr genau zu positionieren, andererseits können Fertigungsgenauigkeiten und Materialeigenschaften geprüft werden. Dazu zählen Geometrie, Maßhaltigkeit, Materialart und Schichtdicke.
Schnell und robust
Die Wirbelstromtechnik ist robust, schnell und hat eine große Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten. Doch gerade letzteres ist auch eine Schwäche des Verfahrens, denn das Messsignal wird von vielen Faktoren gleichzeitig bestimmt. In den meisten Fällen interessiert nur eine Messgröße, beispielsweise die Härte des Materials.
Die Herausforderung für die Bosch-Forschung besteht darin, das Wirbelstromverfahren auf die konkreten Messaufgaben hin auszurichten. Dafür müssen geeignete Auswerteverfahren entwickelt werden, die die störenden oder nicht interessierenden Anteile des Messsignals minimieren.
Im Fertigungstakt von nur einer Sekunde wird bei hochbeanspruchten Bauteilen für die Benzineinspritzung überprüft, ob die aufgalvanisierte Verschleißschutzschicht aus Chrom exakt aufgebracht ist. Diese Schicht ist nur sieben Mikrometer dick. Kleinste Abweichungen müssen aufgespürt werden. Die Kunst der Forscher besteht nun darin, die Schichtdicke auf Bruchteile eines Mikrometers genau zu bestimmen – obwohl die Schwankungen der Materialeigenschaften des Grundstoffs Stahl die Messung stärker beeinflussen als die hauchdünne Chromschutzschicht.
Auch in anderen Anwendungen muss die Oberflächengüte betrachtet werden. Bei Einspritzkomponenten von schweren Schiffsdieselmotoren wird die Stahloberfläche bei hohen Temperaturen durch den Einbau von Stickstoffatomen gehärtet. Allerdings muss die äußerste, raue und teilweise poröse Verbindungsschicht präzise abgeschliffen werden. Es darf weder ein Teil dieser Schicht übrig bleiben, noch zu viel von der harten Diffusionsschutzschicht abgetragen werden. Dies wird durch eine speziell dafür ausgelegte Wirbelstrommesstechnik sichergestellt.
Mittels Wirbelstromverfahren wird sichergestellt, dass von einer gehärteten Stahloberfläche nur die äußere Verbindungsschicht (im Bild violett) abgeschliffen wird.
