Was ist ein Wirbelstrom?
Ein Wirbelstrom ist ein Wirbelwiderstand, der erzeugt wird, wenn sich zwei elektromagnetische Felder kreuzen. Es zirkuliert in einer Richtung, die dem ursprünglichen Strom entgegengesetzt ist. Der Widerstand, der aus der Kollision der beiden Felder resultiert, wandelt einen Teil der vorhandenen elektrischen Energie effektiv in Wärme um, ein unerwünschtes Nebenprodukt, wenn die Absicht eine einfache Übertragung von Elektrizität ist, wie in einem Transformator. Andere Anwendungen nutzen jedoch den entgegengesetzten Magnetismus von Wirbelströmen, um andere Ergebnisse zu erzielen, darunter die Identifizierung von Metallen, die Prüfung der Eigenschaften von Werkstoffen und technischen Baugruppen sowie das Bremsen von Eisenbahnwaggons.
Bei elektromagnetischen Anwendungen wie Transformatoren, bei denen es darum geht, Elektrizität mit minimalen Störungen zu leiten, ist eine spezielle Konstruktion erforderlich, um sicherzustellen, dass ein Wirbelstrom die primäre elektrische Kraft nicht beeinträchtigt. Schichten aus leitendem Material sind durch Schichten aus isolierendem Material getrennt. Das Ergebnis ist, dass die natürliche magnetische Anziehungskraft einer Gegenkraft auf das leitende Material fragmentiert ist und keine Chance zur Bildung eines kontraproduktiven Wirbelstroms erhält.
Manchmal ist die Erzeugung von Wärme mittels Wirbelströmen der Punkt, insbesondere in Industrieöfen, die zum Schmelzen von Metallen verwendet werden. Induktionskochfelder für Privathaushalte beruhen auf demselben Prinzip, bei dem das elektromagnetische Feld eines Brenners mit dem Magnetfeld eines speziellen Eisenkochgeschirrs reagiert. Hitze tritt nur dort auf, wo sich die beiden Oberflächen treffen, sodass der Rest des Kochfelds nicht heiß wird.
In Verkaufsautomaten und im Recycling werden Wirbelströme auf technologisch niedrige Weise verwendet. In einem Verkaufsautomaten führt ein stationärer Magnet dazu, dass ein ungültiger Gegenstand, wie z. B. ein Stahlbutzen, zurückgewiesen wird. In einem viel größeren Maßstab können Arten von Dosen und anderen wiederverwertbaren Metallen sortiert werden, da jedes Metall auf seine eigene Weise auf die entgegengesetzte Magnetkraft reagiert.
Bei einer Wirbelstrombremse ist der magnetische Widerstand groß genug, um einen Eisenbahnwagen anzuhalten. In einem System, das mit Reibung vergleichbar ist, widersteht die angelegte Magnetkraft der Bewegung der Stahlräder. Wenn sich die Räder verlangsamen, nimmt der Widerstand ab, was eine allmähliche Verlangsamung und ein sanftes Anhalten ermöglicht. Die Abschaltmechanismen für Elektrowerkzeuge wie Kreissägen arbeiten auf ähnliche Weise.
Die Wirbelstromprüfung ermöglicht die zerstörungsfreie Analyse leitfähiger Metalle und Baugruppen, die diese enthalten. Bei dieser Technik induziert der Inspektor einen Wirbelstrom im Testmaterial und sucht dann nach Unregelmäßigkeiten im Stromfluss. Beispielsweise könnte eine Diskontinuität in der Wechselwirkung der beiden Magnetfelder auf das Vorhandensein eines Risses hindeuten. Diese Art der Prüfung ist empfindlich genug, um Änderungen der Materialdicke, Korrosion oder andere unerwünschte, verborgene Bedingungen festzustellen.
Ein bemerkenswerter Benutzer von Wirbelstromprüfungen ist die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde (NASA). Die Behörde muss häufig Probleme mit bereits vorhandenen Materialien und Systemen beheben. Daher ist der zerstörungsfreie Aspekt einer Wirbelstromsonde von entscheidender Bedeutung. Im Frühjahr 2009 entdeckte die NASA einen Defekt in einem Durchflussregelventil, einem kritischen Teil, der den Kraftstofffluss beim Start des Space Shuttles und anderer Raketen steuert. Durch Wirbelstromtests konnte die Behörde den Zustand der Ventile überwachen, und schließlich wurde festgestellt, dass alle Ventile ausgetauscht werden sollten.