News - Forschung und Entwicklung vom 03/04/2006
Sensor misst Abstände im Tausendstel-Millimeter-Bereich
IMT gelingt Durchbruch in der Mikrosensorik
Ein neuer Wirbelstromsensor, entwickelt im Institut für Mikrotechnologie (IMT) am Produktionstechnischen Zentrum der Universität Hannover (PZH), misst Abstände bis hinab zu einem tausendstel Millimeter – sogar zwischen Bauteilen, die sich schnell bewegen. Dank dieses Mess-Rekords lassen sich beispielsweise Auto- oder Flugzeugmotoren in der Entwicklungsphase weit präziser und effizienter testen als bisher. Andere Anwendungsfelder reichen von der Biomedizintechnik bis zum Werkzeugmaschinenbau.
Der Wirbelstromsensor des Instituts für Mikrotechnologie setzt neue Maßstäbe in Sachen Präzision, denn er stößt tiefer in die Mikrowelt vor als seine Vorgänger. Sein Messbereich geht hinab bis zu einem tausendstel Millimeter. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa fünfzigmal so dick. Auch die Abmessungen des Sensors sind winzig: Seine Fläche misst 0,7 mm mal 0,4 mm. Er ist nur einen halben Millimeter dick und kann bei Bedarf noch "schlanker" werden. Die heute bereits existierenden Wirbelstromsensoren werden üblicherweise für die Prüfung elektrisch leitender Materialien eingesetzt. Mit Hilfe kreisförmiger Elektro-Ströme entdecken sie zum Beispiel kleinste Risse in Schienen oder Maschinenbauteilen, die für das bloße Auge unsichtbar sind.
Kolbenverschleiß bei laufendem Motor messen
Der neue Wirbelstromsensor des IMT zeigt aber zusätzlich besondere Stärken, die dar-über hinausgehen: Er kann superkleine Abstände messen, die von einem tausendstel bis zu einem Millimeter reichen. Erfolgreich eingesetzt wurde der Sensor bereits, um den Kolbenverschleiß in Dieselmotoren zu testen: Eingefügt in die Kolbenringe messen die robusten Winzlinge bei laufendem Motor und unbeeindruckt von den hohen Temperaturen die Dicke des Ölfilms und liefern damit wichtige Daten für die Optimierung der Bauteile. Dank ihrer Miniaturisierung lassen sich die Wirbelstromsensoren aus Hannover an nahezu beliebigen Messpunkten innerhalb einer Maschine anbringen, um Verschleiß und Verformung der Komponenten bei laufendem Betrieb zu registrieren. "Insbesondere in den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der Automobilbranche, der Luft- und Raumfahrtindustrie und des Werkzeugmaschinenbaus besteht Bedarf nach einem solchen Mess-System", erläutert Prof. Dr.-Ing. Hans Gatzen, Direktor des Instituts für Mi-krotechnologie am PZH. "Aber auch die Biomedizintechnik ist ein Anwendungsfeld: Hier lässt sich mit Hilfe des Sensors beispielsweise der Verschleiß von Implantaten kontinuierlich messen."
Sensor kontrolliert magnetische Eigenschaften von Bauteilen
Neben der Abstandsmessung und der Materialprüfung ist der Sensor darüber hinaus in der Lage, die magnetischen Eigenschaften von Werkstoffen bei der Fertigung von mi-niaturisierten Bauteilen zu kontrollieren. Magnetische Schichten bilden beispielsweise ein Kernstück von ABS-Sensoren. Auch hier hat der Wirbelstromsensor des imt ent-scheidende Vorteile: Dank seiner Winzigkeit kann er bereits bei der Herstellung der Wafer, auf denen die Bauelemente der Sensoren entstehen, die magnetische Qualität überwachen und so den Ausschuss mindern.