Messung der Beschichtungsdicke bei Laminaten: Wirbelstrommessgeräte im Überblick

Zusammenfassung

Wirbelstrommessgeräte können die Schichtdicke an folgenden Oberflächen messen: Lamellen schnell, aber sie sind nicht automatisch das richtige Werkzeug für jeden Laminierauftrag. Das Hauptproblem ist das Substrat. Viele Motoren, Generatoren und Trafolamellen werden aus magnetischem Elektrostahl hergestellt, während herkömmliche Wirbelstrom-Beschichtungsmessgeräte häufig für nichtleitende Beschichtungen auf nichtmagnetischen, leitfähigen Metallen ausgelegt sind.

Bei magnetischem Elektrostahl ist die magnetische Induktion oft das direktere Prinzip zur Bestimmung der Schichtdicke. Wirbelstromverfahren können in bestimmten Konfigurationen zwar weiterhin funktionieren, insbesondere bei Verwendung geeigneter Sonden und nach entsprechender Validierung, dürfen jedoch nicht als „Plug-and-Play“-Lösung betrachtet werden.

Die praktische Antwort ist ganz einfach: Wählen Sie das Messprinzip entsprechend dem Substrat aus, validieren Sie es anhand des genauen Laminatmaterials, führen Sie die Messung nach Möglichkeit vor dem Stapeln durch und verwechseln Sie niemals die Schichtdicke mit der Isolationsleistung.

Das ist die „saubere“ Version. Die Version aus der Praxis ist chaotischer.

Warum die Schichtdicke bei Laminatstapeln eine Rolle spielt

Eine Laminatbeschichtung ist dünn. Manchmal beträgt ihre Dicke nur wenige Mikrometer. Deshalb wird sie leicht unterschätzt.

Die Beschichtung trägt dazu bei, die Bleche in einem Stapel voneinander zu trennen. Diese Trennung verringert die Strompfade zwischen den Lamellen, unterstützt die elektrische Isolierung, begrenzt Korrosion und beeinflusst den Aufbau des Stapels. Ist die Beschichtung zu dünn, kann es zu lokalen Kurzschlüssen zwischen den Lamellen kommen. Ist sie zu dick, kann der Stapelfaktor sinken, da ein geringerer Anteil der Stapelhöhe aus nutzbarem Magnetstahl besteht.

Dann gibt es noch den heiklen Zwischenfall: Die Beschichtung sieht im Durchschnitt akzeptabel aus, ist jedoch in der Nähe von Stanzkanten, Graten, Schlitzen oder Druckzonen schwach. Genau dort beginnen häufig die Defekte. Nicht gerade dezent in der Mitte eines flachen Prüfstücks, sondern meist an der Stelle der Laminierung, die niemand gemessen hat.

Wie Wirbelstrommessgeräte die Schichtdicke messen

Ein Wirbelstrommessgerät arbeitet mit einer Sonde, durch die Wechselstrom fließt. Die Sonde erzeugt ein elektromagnetisches Feld. Nähert sich die Sonde einem leitfähigen Grundmaterial, induziert dieses Feld kleine Wirbelströme im Metall.

Die Beschichtung verändert den Abstand zwischen der Sonde und dem leitfähigen Substrat. Diese Abstandsänderung bewirkt eine Veränderung des Sondensignals. Das Messgerät wandelt dieses Signal in die Schichtdicke um.

Diese Erklärung trifft auf viele einfache Fälle zu: eine nichtleitende Beschichtung auf einem nichtmagnetischen, leitenden Untergrund.

Laminierungen sind nicht immer so einfach.

Elektroband ist leitfähig und magnetisch. Das magnetische Verhalten beeinflusst das Messsignal, manchmal sogar stark. Ein Messgerät kann den Ablösung der Beschichtung, die Permeabilität des Substrats, Auswirkungen der Blechdicke, die Oberflächenrauheit oder eine Kombination aus allen vier Faktoren anzeigen. Der Wert auf dem Display mag stabil erscheinen. Dennoch kann es sein, dass das Gerät den falschen Wert misst.

Wirbelströme vs. magnetische Induktion bei Elektrostahl

Das ist der Punkt, den viele Leitfäden zur Schichtdicke ausklammern, der aber dennoch wichtig ist.

Bei Laminatbeschichtungen sollte das Messprinzip entsprechend dem Materialpaar – Beschichtung plus Substrat – ausgewählt werden.

Ein häufiger Fehler ist die Frage: “Kann ein Wirbelstrommessgerät das messen?”

Die bessere Frage ist: Welche elektromagnetische Reaktion nutzt das Messgerät tatsächlich, und wurde diese Reaktion bei diesem beschichteten Elektroblech nachgewiesen?

Amplitudensensitive Wirbelstrommessgeräte können durch Änderungen der Permeabilität in magnetischen Substraten beeinflusst werden. Phasensensitive oder Dual-Methoden-Geräte können zwar einige Effekte voneinander trennen, jedoch nur innerhalb ihres vorgesehenen Messbereichs. Die magnetische Induktion ist oft der sicherere Ausgangspunkt für nichtmagnetische Beschichtungen auf ferromagnetischen Lamellen.

Entscheiden Sie sich dennoch nicht allein aufgrund der Theorie. Überprüfen Sie die Angaben.

Messprobleme bei Laminatstapeln

Ein flacher, ungestanzter Coupon ist kein Problem. Eine gestanzte Laminierung ist schon schwieriger. Ein fertiger Stapel ist noch schwieriger.

Laminierungen bringen gleich mehrere Messprobleme mit sich:

• Dünnblechdicke
• einseitige oder beidseitige Beschichtung
• Grate beim Stanzen
• Kantenrisse oder freiliegender Stahl
• gewölbte oder verzogene Bereiche
• Oberflächenrauheit
• Verzahnungen, Schweißnähte, Verklebungen oder Pressverbindungen
• schmale Brücken zwischen den Schlitzen
• durch Wärmebehandlung veränderte Beschichtungen

Ein Messwert an der freiliegenden Außenseite eines Stapels gibt keinen Aufschluss darüber, was zwischen den einzelnen Blättern im Inneren passiert ist. Er sagt lediglich etwas über die zugängliche Oberfläche aus. Vielleicht ist das nützlich. Vielleicht reicht es aber auch nicht aus.

Zur Prozesskontrolle messen Sie lose Laminate, ankommendes beschichtetes Band, gestanzte Proben oder Kontrollproben. Wenn das Bauteil bereits gestapelt ist, gehen Sie bei der Ablesung vorsichtig vor. Gehen Sie nicht davon aus, dass das Messgerät durch den Stapel hindurchsehen kann.

Bewährte Verfahren zur Messung der Beschichtungsdicke bei Laminierungen

1. Legen Sie die angestrebte Dicke fest

Benötigen Sie die Schichtdicke pro Seite? Den Gesamtbeitrag der Beschichtung zur Stapelhöhe? Die minimale lokale Dicke nach dem Stanzen? Die durchschnittliche Beschichtung auf dem eingehenden Blech?

Das sind unterschiedliche Fragen. Eine vage Vorgabe wie “Beschichtungsdicke prüfen” führt zu ungenauen Prüfdaten. Der Bediener misst möglicherweise die Mitte. Dem Kunden ist vielleicht der Rand wichtig. Der Stapel könnte an einer ganz anderen Stelle fehlerhaft sein.

Eine bessere Anleitung sieht so aus:

“Messen Sie die Beschichtungsdicke an losen Laminaten vor dem Stapeln an festgelegten Stellen in einem Abstand von mindestens 5 mm zu den Schnittkanten, sofern keine Kantenprüfung vorgeschrieben ist. Geben Sie den Durchschnittswert, den Minimalwert, den Maximalwert, den Messbereich, das Messprinzip, die Kalibrierungsreferenz und die Probenanzahl an.”

Nicht besonders ausgefallen. Aber schwerer falsch zu interpretieren.

2. Kalibrieren Sie auf dem tatsächlichen Laminatsubstrat

Die Kalibrierung sollte so genau wie möglich den tatsächlichen Arbeitsbedingungen entsprechen:

• gleiche Elektrostahlsorte oder gleichwertiges magnetisches Verhalten
• derselbe Blechdickenbereich
• ähnliche Oberflächenbeschaffenheit
• derselben Beschichtungsfamilie
• gleiche Messseite
• derselbe erwartete Dickenbereich

Bei dünnen Beschichtungen führt bereits eine geringe Abweichung zu einem großen Fehler. Schon wenige Mikrometer können darüber entscheiden, ob eine Charge als akzeptabel gilt oder nicht. Eine Werkskalibrierung reicht nicht aus, wenn das Substrat magnetisch ist und die Toleranz eng ist.

Verwenden Sie Referenzfolien oder bekannte Proben, achten Sie jedoch darauf, dass diese flach aufliegen. Staub, Öl, Falten und eine schräge Sondenaufstellung können zu scheinbar korrekten, aber fehlerhaften Daten führen.

3. Vor dem Stapeln abmessen

Durch das Stapeln werden Beweise versteckt.

Sobald die Laminate zusammengepresst, ineinandergesteckt, verschweißt, verklebt oder lackiert sind, hängt die Beschichtungsdicke von mechanischem Kontakt, Luftspalten, Kontakt mit Graten und dem Montage-Druck ab. Das Messgerät kann all diese Faktoren von außen nicht voneinander trennen.

Die wichtigsten Prüfpunkte sind in der Regel:

• eingehendes beschichtetes Band oder Blech
• lose Laminate nach dem Stanzen
• Prüfproben aus derselben Beschichtungscharge
• Teile vor der Wärmeeinwirkung
• Teile nach Hitzeeinwirkung, falls der Prozess die Beschichtung verändern könnte

Sollte es später zu einer Kundenreklamation kommen, sind die aufbewahrten Proben von großem Wert. Sie liefern Ihnen messbare Daten, die nicht im Bohrkern verborgen sind.

4. Verwenden Sie eine Karte mit festen Maßen

Zufällige Stichproben führen zu zufälliger Zuverlässigkeit.

Erstellen Sie eine Karte. Verwenden Sie dabei jedes Mal dieselben Messpunkte. Berücksichtigen Sie dabei zentrale Bereiche, Randbereiche und bekannte Risikozonen. Falls Kantenmessungen erforderlich sind, führen Sie diese getrennt von den normalen Oberflächenmessungen durch, da sich das Messverhalten in Kantenbereichen unterscheiden kann.

Eine einfache Inspektionskarte kann Folgendes enthalten:

• drei Messwerte aus dem mittleren Bereich
• drei Messwerte aus dem Außenbereich
• zwei Messwerte in der Nähe von Bereichen mit hoher Handhabungsintensität
• getrennte Messwerte auf beiden Seiten, wenn beide Seiten beschichtet sind
• optionale Messungen in der Randzone mit einer validierten Randzone-Methode

Man sollte diese Daten nicht ohne Kontext zu einem einzigen Durchschnittswert zusammenfassen. Daten aus Randbereichen und Daten aus offenen Flächen geben Aufschluss über unterschiedliche Aspekte.

5. Geben Sie Schwankungen an, nicht nur den Durchschnittswert

Die durchschnittliche Dicke kann das Problem verschleiern.

Eine Beschichtung mit mehreren dünnen Stellen in der Nähe von Graten kann dennoch einen akzeptablen Mittelwert aufweisen. Eine zu dicke Beschichtung in Bereichen mit geringem Risiko kann den Stapelfaktor beeinträchtigen, ohne die Isolierung dort zu verbessern, wo es darauf ankommt.

Gib mindestens Folgendes an:

• Anzahl der Messwerte
• durchschnittliche Dicke
• Mindestwert
• Höchstwert
• Spannweite oder Standardabweichung
• Messprinzip
• Sondentyp oder Sondengroße
• Kalibrierungsverfahren
• Teilbedingung
• Messkarte

Der Mindestwert ist oft die Zahl, auf die Ingenieure als Erstes achten. Der Durchschnittswert ist nicht nutzlos. Er reicht nur nicht aus.

Fehlerbehebung bei den Messwerten von Wirbelstrommessgeräten an Lamellen

Die Schichtdicke ist nicht gleichbedeutend mit der Dämmleistung

Das ist kein unbedeutender Unterschied.

Eine Beschichtung kann dick und rissig sein. Sie kann dünn und durchgehend sein. Sie kann in der Mitte einwandfrei aussehen und an einer Schlitzkante versagen. Die Dicke hilft dabei, das Isolationsverhalten zu erklären, beweist es jedoch nicht.

Bei Elektroblechlamellen sollte die Dickenmessung mit isolationsbezogenen Prüfungen kombiniert werden, wenn die Anwendung dies erfordert. Der Oberflächenisolationswiderstand, der Zwischenlamellenwiderstand, das Durchschlagverhalten und Nachprozesskontrollen können Probleme aufdecken, die ein Dickenmessgerät übersehen würde.

Die Dicke beantwortet eine Frage: Wie viel Beschichtung scheint vorhanden zu sein?

Bei der elektrischen Prüfung stellt sich eine weitere Frage: Ist die Laminatoberfläche unter bestimmten Bedingungen weiterhin isolierend?

Beide Fragen gehören in einen seriösen Qualitätsplan.

So wählen Sie die richtige Stärke für Laminierarbeiten aus

Beginnen Sie mit dem Materialsystem. Nicht mit dem Produktnamen. Nicht mit der Bildschirmauflösung.

Stellen Sie sich vor der Auswahl eines Messgeräts folgende Fragen:

1. Handelt es sich bei dem Substrat um magnetischen Elektrostahl?
2. Ist die Beschichtung nichtleitend, halbleitend oder leitend?
3. Welcher Dickenbereich muss gemessen werden?
4. Befindet sich die Beschichtung auf einer Seite oder auf beiden Seiten?
5. Ist das Bauteil flach genug, um einen stabilen Kontakt mit der Sonde zu gewährleisten?
6. Sind Messungen in der Nähe von Schlitzen, Kanten oder Graten erforderlich?
7. Werden die Messungen vor oder nach dem Stapeln durchgeführt?
8. Welche Referenzmethode wird zur Validierung des Messgeräts verwendet?
9. Werden für die Prüfung Angaben zur Dicke, zur Isolierung oder zu beidem benötigt?

Bei den meisten nichtleitenden Beschichtungen auf magnetischen Lamellen sollte die magnetische Induktion an erster Stelle berücksichtigt werden. Wirbelstromverfahren können zwar geeignet sein, müssen jedoch am tatsächlichen Bauteil überprüft werden. Wenn die Beschichtung leitfähig ist oder die Geometrie komplex ist, sollte nicht davon ausgegangen werden, dass eines der beiden Verfahren ohne Korrelationsprüfung funktioniert.

Empfohlener Inspektionsablauf

Verwenden Sie diesen Arbeitsablauf für die Produktionssteuerung:

1. Eine Messkarte erstellen Punkte, Kantenabstände, Seiten und Stichprobenanzahl definieren.
2. Echte Kalibrierproben vorbereiten Verwenden Sie unbeschichtetes Substrat und bekannte Referenzmuster, die dem Laminiermaterial entsprechen.
3. Wiederholgenauigkeit des Messgeräts überprüfen Führen Sie vor der Messung von Serienteilen wiederholte Messungen an derselben Stelle durch.
4. Lose Lamellen messen Verlassen Sie sich nicht auf die Oberflächen der fertigen Stapel, es sei denn, dies ist die einzige Möglichkeit.
5. Normale Bereiche von Risikobereichen trennen Halten Sie Daten zu Kanten, Graten und Schlitzbereichen getrennt von den Messwerten der offenen Oberfläche.
6. Tiefststand und Spanne Geben Sie nicht nur den Mittelwert an.
7. Überprüfen Sie die Ergebnisse, wenn es darauf ankommt Führen Sie eine Querschnittsberechnung, eine massenbasierte Berechnung, eine Oberflächenisolationsprüfung oder eine Prüfung des Schichtenzwischenwiderstands durch, wenn das Ergebnis Auswirkungen auf die Abnahme, die Rückweisung oder Kundenreklamationen hat.

FAQ

Das Wichtigste auf einen Blick

Bei der Messung der Schichtdicke auf Laminaten geht es nicht nur darum, eine Sonde an den Stahl anzulegen und einen Wert zu erfassen.

Das Substrat kann magnetisch sein. Die Beschichtung kann sehr dünn sein. Die Kante kann beschädigt sein. Der Schichtstapel kann die tatsächlichen Kontaktpunkte verdecken. Die Messung kann zwar präzise sein, gilt aber möglicherweise nicht für das Bauteil.

Setzen Sie Wirbelstrommessgeräte ein, wo sie geeignet sind. Verwenden Sie magnetische Induktion, wenn das Materialpaar dies erfordert. Validieren Sie das Verfahren anhand echter Laminatproben. Erfassen Sie Kantenwerte separat. Kombinieren Sie Dickenprüfungen mit Isolationsprüfungen, wenn es auf die Leistungsfähigkeit ankommt.

Ein Laminatstapel zeigt in der Regel Warnzeichen, bevor es zu einem größeren Ausfall kommt. Durch eine genauere Messung der Beschichtung können Sie diese Anzeichen erkennen, solange die Teile noch messbar sind.