Förster Wirbelstromprüfung

Lehrstuhl Dr. Foerster und Co. KG

Bei der Wirbelstromprüfung handelt es sich um eine zerstörungsfreie Methode zur Untersuchung von metallischen Flächen auf Defekte wie z. B. Brüche oder Unvollkommenheiten. Aufgrund hochfrequenter elektromagnetischer Interaktionen können solche Oberflächendefekte je nach Bedarf von Hand oder automatisiert detektiert und bewertet werden. Der Test ist in der Regel kontaktlos. Dadurch werden durch die Wirbelstromprüfung weder Beschädigungen noch Verunreinigungen der Oberfläche verursacht.

Modernste Sensor-, Elektronik- und Softwarelösungen eröffnen ein breites Spektrum an Anwendungs- und Auswertungsmöglichkeiten in der metallproduzierenden und metallverarbeitenden Branche oder für den ambulanten Gebrauch in der Instandhaltung. Die Medienverbräuche und Wartungskosten sind so niedrig, dass die Wirbelstromprüfung eine der kostengünstigsten und umweltschonendsten Methoden der nicht-destruktiven Werkstoffprüfung ist und daher auch für die 100 %-Prüfung in der Produktion weitestgehend eingesetzt wird.

Dank der großen Prüfgeschwindigkeit und der Möglichkeit, die Prüfungen zu automatisieren, wird der Produktionsprozess nicht durchbrochen. Wirbelstromprüfungen im Halbzeug- und Komponentenbereich decken einen Frequenzumfang bis ca. 10 kHz ab und werden zur Untersuchung von Metall auf Oberflächendefekte verwendet. Die stationären Sonden können auch zur Überprüfung von kritischen Punkten in Bauteilen verwendet werden.

Bei der Metallortung wird mit der Wirbelstrommethode ein Elektromagnetfeld mit einer oder zwei Frequenz (en) aufgebaut, mit dem verborgene Metalle auch in sehr kleinen Stückzahlen (z.B. Eisen, Fe, Al, Cu, Au, Ag) detektiert werden können. Beim Erkennen von metallischen Objekten mit aktiven Sensoren gibt der Erkennungssensor ein magnetisches Signal ab. Dadurch entstehen im Erfassungsobjekt Wirbelströme, die wiederum ein "sekundäres" Elektromagnetfeld generieren, das vom Erfassungssensor erfasst und zur Bewertung verwendet wird.

Prüfung mit Wirbelstrom

Das Wirbelstromverfahren ist ein elektronisches Prüfverfahren zur nichtzerstörenden Materialprüfung. PrinzipIm Test werden Wirbelströme im zu prüfenden Werkstoff durch eine Magnetspule hervorgerufen, die ein magnetisches Wechselfeld auslöst. Während der Messungen wird die Induktion der Wirbelstrombelastung durch das vom Induktionswirbelstrom generierte magnetische Feld mittels eines Sensor erfasst, der in der Regel auch die Erregerwicklung beinhaltet.

Als Messparameter dienen die Schwingweite und die Phasenlage zum Exciter. Eine zweite Wicklung im Fühler wird in der Regel für die Messungen verwendet. Dieses wird dann als Fluxgate Magnetometer genannt, das im deutschsprachigen Raum als Förster-Sonde bekannt ist. Die Wirbelstromprüfung nutzt den Vorteil, dass die meisten Unreinheiten und Schäden in einem leitfähigem Werkstoff auch eine andere Wärmeleitfähigkeit oder -durchlässigkeit haben als das Original.

Weil das Meßsignal durch die drei Parameter Leitwert, Durchlässigkeit und Entfernung zwischen Sensor und Werkstoffoberfläche ermittelt wird, hat die Wirbelstromprüfung drei unterschiedliche Einsatzgebiete: Solange das Gut nicht beschädigt ist, ist auch sein elektrisches Verhalten gleichförmig und die Wirbelströme fliessen in ihm. Wenn der Prüfling zum Beispiel ein Gehäuse aus einem Fremdmaterial hat, dessen spezifische Beständigkeit geringer ist als die des übrigen Werkstoffs, ist die Strombelastbarkeit im Gehäuse höher als in der Umwelt.

In jedem Falle ändert sich die Wirbelstrom-Dichte gegenüber dem intakten Teil. In diesem Test werden Fühler eingesetzt, deren Wicklungen so umgeschaltet werden, dass kleine Veränderungen der Werkstoffeigenschaften oder der Sensorabstand zur Werkstoffoberfläche weitestgehend ausgeregelt werden. Nichtmagnetisches Material auf einem FE-MetallIn diesem Anwendungsfall wird der durch die Schichtdicke bestimmte Sensorabstand zur leitfähigen Fläche durch Messen der Schwingweite errechnet.

Nichtelektrisch leitendes Material auf einem NichteisenmetallDer Stromquerschnitt, der durch die leitfähige Lage fließt, nimmt mit zunehmender Mächtigkeit zu. Veränderungen der Wärmeleitfähigkeit oder Durchlässigkeit werden zur Ermittlung von Materialbedingungen, Härten, Wärmebehandlungen, Erkennung von Schweißungen oder zur Prüfung auf Verwechslungen verwendet. Mit der Änderung der Anregungsfrequenz verändert sich die Penetrationstiefe des Wirbelstromes (Skin-Effekt), was eine Adaption an die Testbedingungen ermöglicht.