DE102011056650A1

DE102011056650A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Werkstoffes

Info

Publication number: DE102011056650A1
Application number: DE102011056650A
Authority: DE
Inventors: Mladen Zec; Robert Peter Uhlig; Marek Ziolkowski; Hartmut Brauer; André Thess
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: DE102011056650B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Werkstoffes (01). In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Magnet (02) relativ zum Werkstoff (01) bewegt. Dieses Bewegen erfolgt mit einer ersten Geschwindigkeit in eine bestimmte Bewegungsrichtung. Durch das Bewegen des Magneten (02) relativ zum Werkstoff (01) wird eine zwischen dem Magneten (02) und dem Werkstoff (01) wirkende Kraft erzeugt, welche mehrere Kraftwirkungen in unterschiedliche Richtungen umfasst. In einem weiteren Schritt werden eine erste der Kraftwirkungen und eine zweite der Kraftwirkungen gemessen. Erfindungsgemäß wird ein erster Quotient gebildet, dessen Dividend das Maß der ersten Kraftwirkung umfasst und dessen Divisor das Maß der zweiten Kraftwirkung umfasst. Die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes (01) wird dadurch ermittelt, dass ein erster Kalibrierungsfaktor auf den ersten Quotienten angewendet wird. Der erste Kalibrierungsfaktor wird dadurch bestimmt, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, welche durch ein Bewegen des Magneten (02) relativ zu einem ersten Referenzwerkstoff hervorgerufen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur berührungslosen Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Werkstoffes.
Zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit sind verschiedene Verfahren bekannt. In der EP 1 194 743 B1 ist ein Verfahren zur kontaktlosen Messung mindestens eines Parameters eines Metallbettes beschrieben. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Magnetfeld angelegt, sodass Wirbelströme in dem Metallbett erzeugt werden, wenn sich das Metallbett relativ zu dem Magnetfeld bewegt. Die durch das sekundäre Magnetfeld der Wirbelströme im Metallbett hervorgerufene Kraftwirkung auf einen beweglichen Körper wird gemessen, um den zu bestimmenden Parameter des Metallbettes zu ermitteln. Es können mehrere Wirkungen der Kraft gleichzeitig gemessen werden, wie z. B. Momente und Kräfte. Bei dem zu bestimmenden Parameter kann es sich beispielsweise um die elektrische Leitfähigkeit des Metallbettes handeln.
Die in der EP 1 194 743 B1 gezeigte Vorrichtung kann beispielsweise zur Durchführung eines Verfahrens zur Defekterkennung genutzt werden, welches als Lorenzkraft-Wirbelstromprüfung aus dem wissenschaftlichen Artikel von: H. Brauer und M. Ziolkowski: „Eddy Current Testing of Metallic Sheets with Defects Using Force Measurement" in Serbian Journal of Electrical Engineering 5, 1 (2008) 1–10 bekannt ist.
Die WO 2007/053519 A2 zeigt einen Sensor zur zerstörungsfreien Prüfung ferromagnetischer Materialien. Mit diesem Sensor wird eine magnetische Bremskraft zwischen einer Materialprobe und einem Referenzmagneten bestimmt.
Die DE 10 2005 046 910 B4 zeigt ein Verfahren und eine Anordnung zur berührungslosen Inspektion bewegter elektrisch leitfähiger Substanzen. Diese Lösung ist für Substanzen vorgesehen, welche sich in einem Rohr oder in einer Rinne bewegen. In die Substanz wird ein magnetisches Primärfeld eingekoppelt, welches in seiner Ausprägung, Stärke und/oder Struktur veränderbar ist. Mit einem Messsystem werden Komponenten der auf das Magnetsystem wirkenden Kraft gemessen.
Aus der DE 197 13 418 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Wirbelströmen für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Materials bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Sonde an die Oberfläche der zu untersuchenden Materialprobe angenähert. Die Sonde wird über die Oberfläche der Probe unter Variation des Abstandes bewegt. Es werden Wirbelströme in der Probe erzeugt und es wird die daraus resultierende Kraftwirkung gemessen. Die Wirbelstromanregung erfolgt hochfrequent, sodass die Messung nur an der Oberfläche der Probe bis zu einer Tiefe von nur wenigen Mikrometern möglich ist.
Die WO 2009/156862 A2 zeigt einen integrierten Mehrfachsensor zur zerstörungsfreien Prüfung von metallischen Strukturen. Der Mehrfachsensor umfasst einen Sensor zur Detektion der magnetischen Kraftlinienstreuung, einen Wirbelstromsensor und einen Ultraschallsensor mit mindestens einer leitfähigen Spule.
Die US 2011/0031966 A1 zeigt einen Wandler zur zerstörungsfreien Prüfung von Metallplatten. Der Wandler umfasst Spulen mit mehreren ineinander verschachtelten Windungen. Die zu untersuchende Metallplatte wird durch Wirbelströme zum Schwingen angeregt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Werkstoffes bereitzustellen, die eine zerstörungsfreie berührungslose Messung mit einer hohen Genauigkeit ermöglichen, ohne dass dies einer aufwändigen Kalibrierung bedarf.
Die genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 und durch eine Anordnung gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Werkstoffes, insbesondere eines nichtmagnetischen Werkstoffes. Die elektrische Leitfähigkeit wird auch als spezifische elektrische Leitfähigkeit oder als Konduktivität bezeichnet und gleicht dem Kehrwert des spezifischen elektrischen Widerstandes, sodass das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise zur Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstandes eines Werkstoffes genutzt werden kann. Das Verfahren wird bevorzugt berührungslos durchgeführt, sodass für die Messung der elektrischen Leitfähigkeit kein elektrischer Kontakt und auch kein unmittelbarer mechanischer Kontakt zum Werkstoff vorhanden sein müssen. In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Magnet relativ zum Werkstoff bewegt. Dieses Bewegen erfolgt mit einer ersten Geschwindigkeit in eine bestimmte Bewegungsrichtung. Die erste Geschwindigkeit ist während des relativen Bewegens bevorzugt konstant. In gleicher Weise ist die Bewegungsrichtung während des relativen Bewegens bevorzugt unveränderlich. Bei diesem Bewegen kann sich entweder der Werkstoff oder der Magnet in Ruhe befinden. Durch das Bewegen des Magneten relativ zum Werkstoff wird eine zwischen dem Magneten und dem Werkstoff wirkende Kraft erzeugt, welche mehrere Kraftwirkungen in unterschiedliche Richtungen umfasst. Bei den Kraftwirkungen handelt es sich insbesondere um Einzelkräfte, Kraftkomponenten und/oder Drehmomente. Die unterschiedlichen Richtungen können beispielsweise in einem kartesischen Koordinatensystem gegeben sein und senkrecht aufeinander stehen. Jedenfalls umfasst die zwischen dem Magneten und dem Werkstoff hervorgerufene Kraft mindestens zwei Kraftwirkungen, die sich in ihrer Richtung unterscheiden. Die genannte Kraft entsteht insbesondere dadurch, dass durch die relative Bewegung zwischen dem Magneten und dem Werkstoff Wirbelströme im Werkstoff erzeugt werden, deren Magnetfeld auf den Magneten wirkt.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine erste der Kraftwirkungen und eine zweite der Kraftwirkungen direkt oder indirekt gemessen, woraufhin das Maß der ersten Kraftwirkung und das Maß der zweiten Kraftwirkung bekannt sind. Im einfachsten Fall werden die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung in einem einzigen Zeitpunkt der relativen Bewegung zwischen dem Magneten und dem Werkstoff gemessen.
Erfindungsgemäß wird ein erster Quotient gebildet, dessen Dividend das Maß der ersten Kraftwirkung umfasst und dessen Divisor das Maß der zweiten Kraftwirkung umfasst. Im einfachsten Fall ist der Dividend gleich dem Maß der ersten Kraftwirkung, während der Divisor gleich dem Maß der zweiten Kraftwirkung ist. Die Maße der beiden Kraftwirkungen können aber auch über mathematische Operationen mit weiteren Konstanten und/oder physikalischen Größen innerhalb des Dividenden und/oder innerhalb des Divisors verknüpft sein. Beispielsweise können das Maß der ersten Kraftwirkung und/oder das Maß der zweiten Kraftwirkung durch eine mathematische Operation mit einer weiteren der Kraftwirkungen der zwischen den Magneten und dem Werkstoff wirkenden Kraft verknüpft sein.
Die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes wird dadurch ermittelt, dass ein erster Kalibrierungsfaktor auf den ersten Quotienten angewendet wird. Dieses Anwenden kann im einfachsten Fall dadurch erfolgen, dass der erste Kalibrierungsfaktor mit dem ersten Quotienten multipliziert wird. Das Anwenden kann aber auch dadurch erfolgen, dass der erste Kalibrierungsfaktor zur Bestimmung eines mathematischen Zusammenhanges zwischen dem ersten Quotienten und der elektrischen Leitfähigkeit genutzt wird, um mithilfe des ermittelten mathematischen Zusammenhanges die elektrische Leitfähigkeit für den ermittelten ersten Quotienten zu bestimmen.
Der erste Kalibrierungsfaktor wird dadurch bestimmt, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zu einem ersten Referenzwerkstoff hervorgerufen werden. Der erste Referenzwerkstoff weist eine bekannte elektrische Leitfähigkeit auf. Das Bewegen des Magneten relativ zu dem ersten Referenzwerkstoff erfolgt mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung. Dieser Vorgang kann tatsächlich durchgeführt oder simuliert werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die Quotientenbildung die Einflüsse der magnetischen Flussdichte des Magneten und des Abstandes zwischen dem Magneten und dem Werkstoff minimiert oder sogar eliminiert werden. Hierdurch lässt sich die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes auch ohne Schaffung eines Kontaktes zum Werkstoff sehr genau bestimmen. Die Unabhängigkeit von der magnetischen Flussdichte des Magneten und die weitgehende Unabhängigkeit vom Abstand zwischen dem Magneten und dem Werkstoff erlauben eine einfache Durchführung des Verfahrens.
Bei einfachen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gleicht der erste Kalibrierungsfaktor einem Quotienten aus der elektrischen Leitfähigkeit des ersten Referenzwerkstoffes dividiert durch den für den ersten Referenzwerkstoff ermittelten Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung. Der erste Kalibrierungsfaktor wird bevorzugt dadurch auf den ersten Quotienten angewendet, dass er mit dem ersten Quotienten multipliziert wird, wobei das Produkt die ermittelte elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes bildet.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erste Kalibrierungsfaktor weiterhin dadurch ermittelt, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zu einem zweiten Referenzwerkstoff hervorgerufen werden. Dieses Bewegen erfolgt mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung. Der zweite Referenzwerkstoff weist eine bekannte elektrische Leitfähigkeit auf, die sich bevorzugt von der elektrischen Leitfähigkeit des ersten Referenzwerkstoffes unterscheidet. Der erste Referenzwerkstoff und der zweite Referenzwerkstoff sind bevorzugt jeweils durch Kupfer bzw. Aluminium gebildet. Der für den ersten Referenzwerkstoff ermittelte Quotient aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung und der für den zweiten Referenzwerkstoff ermittelte Quotient aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung werden zur Bestimmung einer meist geringfügigen Abhängigkeit des ersten Kalibrierungsfaktors von der Größe des Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung verwendet. Insofern eine solche Abhängigkeit gegeben ist, ist der Zusammenhang zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und dem Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung nicht linear. Folglich können durch die Bestimmung der Abhängigkeit des Kalibrierungsfaktors von der Größe des Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung Nichtlinearitäten des Zusammenhanges zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und dem Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung berücksichtigt werden, sodass sehr genaue Messungen ermöglicht sind.
Die genannten und noch zu nennenden Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung sind jeweils in dem Sinn zu verstehen, dass der Dividend das Maß der ersten Kraftwirkung umfasst und der Divisor das Maß der zweiten Kraftwirkung umfasst.
Um die Genauigkeit des ersten Kalibrierungsfaktors noch weiter zu steigern, werden neben dem ersten Referenzwerkstoff und dem zweiten Referenzwerkstoff bevorzugt weitere Referenzwerkstoffe verwendet. Bei diesen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erste Kalibrierungsfaktor weiterhin dadurch bestimmt, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zu einem weiteren der Referenzwerkstoffe hervorgerufen werden. Dieses Bewegen erfolgt mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung. Der eine oder die mehreren weiteren Referenzwerkstoffe weisen jeweils eine elektrische Leitfähigkeit auf, welche sich von den elektrischen Leitfähigkeiten des ersten Referenzwerkstoffes und des zweiten Referenzwerkstoffes sowie gegebenenfalls der übrigen Referenzwerkstoffe unterscheidet. Der für den ersten Referenzwerkstoff ermittelte Quotient aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung, der für den zweiten Referenzwerkstoff ermittelte Quotient aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung und der für den weiteren Referenzwerkstoff ermittelte Quotient aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung sowie ggf. weitere für die weiteren Referenzwerkstoffe ermittelten Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung werden zur Bestimmung der Abhängigkeit des Kalibrierungsfaktors von der Größe des Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung verwendet. Jeder der Referenzwerkstoffe führt zu einem Quotienten, welcher als Stützpunkt einer mathematischen Funktion zur Darstellung der Abhängigkeit des Kalibrierungsfaktors von der Größe des Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung angesehen werden kann. Jeder der Quotienten kann dazu verwendet werden, jeweils einen Stützpunkt für die Funktion des mathematischen Zusammenhanges zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und dem Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung zu bestimmen.
Das Bestimmen des ersten Kalibrierungsfaktors kann durch einen praktisch durchzuführenden Kalibrierungsvorgang erfolgen. Hierfür werden das Maß der ersten Kraftwirkung und das Maß der zweiten Kraftwirkung, wie durch ein Bewegen des Magneten relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, dadurch ermittelt, dass der Magnet relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung bewegt wird und dabei die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung gemessen werden. In gleicher Weise werden das Maß der ersten Kraftwirkung und das Maß der zweiten Kraftwirkung, die durch ein Bewegen des Magneten relativ zum zweiten Referenzwerkstoff mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, bevorzugt dadurch ermittelt, dass der Magnet relativ zum zweiten Referenzwerkstoff mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung bewegt wird und dabei die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung gemessen werden. Dies gilt in gleicher Weise für die ggf. verwendeten weiteren Referenzwerkstoffe.
Alternativ können die Kalibrierungsfaktoren dadurch ermittelt werden, dass der Kalibrierungsvorgang simuliert wird. Hierfür werden das Maß der ersten Kraftwirkung und das Maß der zweiten Kraftwirkung, die durch ein Bewegen des Magneten relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, dadurch ermittelt, dass das Bewegen des Magneten relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung simuliert wird und dabei die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung berechnet werden. In gleicher Weise werden das Maß der ersten Kraftwirkung und das Maß der zweiten Kraftwirkung, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zum zweiten Referenzwerkstoff mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, bevorzugt dadurch ermittelt, dass das Bewegen des Magneten relativ zum zweiten Referenzwerkstoff mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung simuliert wird und dabei die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung berechnet werden. Dies gilt in gleicher Weise für die ggf. verwendeten weiteren Referenzwerkstoffe.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Bewegen des Magneten während des Kalibrierens und des Messens weiterhin in einer zweiten Geschwindigkeit, welche sich von der ersten Geschwindigkeit unterscheidet. Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen wird der Magnet relativ zum Werkstoff mit einer zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung bewegt. Hierdurch entsteht zwischen den Magneten und dem Werkstoff wiederum die Kraft, welche zumindest die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung umfasst. Während dieses Bewegungsvorganges erfolgt ein weiteres Messen der ersten Kraftwirkung und der zweiten Kraftwirkung. Die zweite Geschwindigkeit unterscheidet sich von der ersten Geschwindigkeit. Es wird ein zweiter Quotient gebildet, dessen Dividend das weitere Maß der ersten Kraftwirkung umfasst und dessen Divisor das weitere Maß der zweiten Kraftwirkung umfasst. Der zweite Quotient wird in gleicher Weise wie der erste Quotient in Abhängigkeit vom Maß der ersten Kraftwirkung und vom Maß der zweiten Kraftwirkung bestimmt. Für das Ermitteln der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffes wird weiterhin ein zweiter Kalibrierungsfaktor auf den zweiten Quotienten angewendet. Der zweite Kalibrierungsfaktor wird dadurch bestimmt, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden. Das Anwenden des zweiten Kalibrierungsfaktors auf den zweiten Quotienten erfolgt in gleicher Weise wie das Anwenden des ersten Kalibrierungsfaktors auf den ersten Quotienten. Ebenso kann der zweite Kalibrierungsfaktor in gleicher Weise wie der erste Kalibrierungsfaktor bestimmt werden. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes bevorzugt durch ein Interpolieren eines ersten Wertes und eines zweiten Wertes ermittelt, wobei der erste Wert durch das Anwenden des ersten Kalibrierungsfaktors auf den ersten Quotienten ermittelt wird, während der zweite Wert durch das Anwenden des zweiten Kalibrierungsfaktors auf den zweiten Quotienten ermittelt wird.
Das Maß der ersten Kraftwirkung und das Maß der zweiten Kraftwirkung, die durch ein Bewegen des Magneten relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, werden bevorzugt dadurch ermittelt, dass der Magnet relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung bewegt wird und dabei die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung gemessen werden.
Das Maß der ersten Kraftwirkung und das Maß der zweiten Kraftwirkung, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, werden bevorzugt dadurch ermittelt, dass das Bewegen des Magneten relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung simuliert wird und dabei die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung berechnet werden.
Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen ein zweiter Referenzwerkstoff verwendet wird, erfolgt das Bewegen des Magneten während des Kalibrierens und des Messens bevorzugt weiterhin auch in der zweiten Geschwindigkeit. Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen wird der zweite Kalibrierungsfaktor weiterhin dadurch bestimmt, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zum zweiten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden.
Das Maß der ersten Kraftwirkung und das Maß der zweiten Kraftwirkung, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zum zweiten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit hervorgerufen werden, werden bevorzugt dadurch ermittelt, dass der Magnet relativ zum zweiten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung bewegt wird und dabei die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung gemessen werden.
Das Maß der ersten Kraftwirkung und das Maß der zweiten Kraftwirkung, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zum zweiten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, werden bevorzugt dadurch ermittelt, dass das Bewegen des Magneten relativ zum zweiten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung simuliert wird und dabei die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung berechnet werden.
Um die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter zu steigern, erfolgt das Bewegen des Magneten während des Messens und des Kalibrierens bevorzugt mit einer dritten Geschwindigkeit und ggf. in weiteren Geschwindigkeiten. Bei diesen Ausführungsformen wird der Magnet relativ zum Werkstoff mit der dritten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung bewegt, wodurch zwischen dem Magneten und dem Werkstoff wiederum die Kraft entsteht, welche zumindest die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung umfasst. Während dieses Bewegens erfolgt ein weiteres Messen der ersten Kraftwirkung und der zweiten Kraftwirkung. Es wird ein dritter Quotient gebildet, dessen Dividend das während des Bewegens mit der dritten Geschwindigkeit gemessene weitere Maß der ersten Kraftwirkung umfasst und dessen Divisor das während des Bewegens mit der dritten Geschwindigkeit gemessene weitere Maß der zweiten Kraftwirkung umfasst. Der dritte Quotient wird in gleicher Weise wie der erste Quotient und der zweite Quotient in Abhängigkeit von dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung bestimmt. Für das Ermitteln der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffes wird weiterhin ein dritter Kalibrierungsfaktor auf den dritten Quotienten angewendet. Der dritte Kalibrierungsfaktor wird dadurch bestimmt, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der dritten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden. Das Anwenden des dritten Kalibrierungsfaktors auf den dritten Quotienten erfolgt in gleicher Weise wie das Anwenden des zweiten Kalibrierungsfaktors auf den zweiten Quotienten und das Anwenden des ersten Kalibrierungsfaktors auf den ersten Quotienten. Das Ermitteln des Maßes der ersten Kraftwirkung und des Maßes der zweiten Kraftwirkung, welche durch ein Bewegen des Magneten relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der dritten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, kann in gleicher Weise wie für die erste Geschwindigkeit und für die zweite Geschwindigkeit erfolgen. Die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes wird bevorzugt durch ein Interpolieren des ersten Wertes, des zweiten Wertes und eines dritten Wertes ermittelt, wobei der dritte Wert durch das Anwenden des dritten Kalibrierungsfaktors auf den dritten Quotienten ermittelt wird. Das Interpolieren erfolgt bevorzugt gemäß der Methode zur Minimierung der Summe der Abstandsquadrate.
Die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung sind bevorzugt jeweils durch eine Kraftkomponente gebildet. Folglich stellen die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung bevorzugt Kraftkomponenten der zwischen dem Magneten und dem Werkstoff wirkenden Kraft dar. Die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung sind alternativ bevorzugt jeweils durch ein Drehmoment gebildet.
Die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung sind bevorzugt senkrecht zueinander ausgerichtet. Die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung sind bevorzugt durch zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Kraftkomponenten gebildet. Die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung können aber auch beispielsweise durch zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Drehmomente gebildet sein.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung während der Dauer des Bewegens kontinuierlich gemessen. Das kontinuierliche Messen kann zu genaueren Messwerten für die erste Kraftwirkung und für die zweite Kraftwirkung führen. Diese Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bevorzugt dazu genutzt, um Inhomogenitäten, wie beispielsweise Defekte im Werkstoff zu lokalisieren. Hierfür werden während des Bewegens auftretende Veränderungen des Maßes der ersten Kraftwirkung und/oder während des Bewegens auftretende Veränderungen des Maßes der zweiten Kraftwirkung aufgezeichnet und ausgewertet.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die erste Kraftwirkung durch eine Hubkraft zwischen dem Magneten und dem Werkstoff gebildet, während die zweite Kraftwirkung durch eine in die Bewegungsrichtung ausgerichtete Bremskraft gebildet ist.
Die erste Kraftkomponente wird bevorzugt derart gewählt, dass sie proportional dem Quadrat der bei einer festgelegten Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen dem Magneten und dem Werkstoff auftretenden magnetischen Reynoldszahl ist. Die magnetische Reynoldszahl ist von der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffes abhängig. Die zweite Kraftkomponente wird bevorzugt derart gewählt, dass sie proportional der bei einer festgelegten Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen dem Magneten und dem Werkstoff auftretenden magnetischen Reynoldszahl ist. Bei der jeweilig festgelegten Geschwindigkeit handelt es sich um die erste Geschwindigkeit oder ggf. um die zweite oder dritte Geschwindigkeit. Der erste Quotient gleicht dabei bevorzugt der bei der ersten Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen dem Magneten und dem Werkstoff auftretenden magnetischen Reynoldszahl des Werkstoffes. Das gleiche gilt für den zweiten Quotienten und den dritten Quotienten in Bezug auf die zweite Geschwindigkeit und auf die dritte Geschwindigkeit.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird weiterhin eine dritte der Kraftwirkungen gemessen. Die erste Kraftwirkung, die zweite Kraftwirkung und die dritte Kraftwirkung sind bevorzugt senkrecht zueinander ausgerichtet. Das Maß der dritten Kraftwirkung kann in die Berechnung des ersten Quotienten einfließen, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen. Das Maß der dritten Kraftwirkung kann beispielsweise mit dem Maß der ersten Kraftwirkung im Dividenden und/oder mit dem Maß der zweiten Kraftwirkung im Divisor mathematisch verknüpft werden. Die dritte Kraftwirkung ist ebenfalls bevorzugt durch eine Kraftkomponente oder durch ein Drehmoment gebildet. Die dritte Kraftwirkung weist eine Richtung auf, welche von den Richtungen der ersten Kraftwirkung und der zweiten Kraftwirkung abweicht. Insofern das Maß der dritten Kraftwirkung in die Bestimmung des ersten Quotienten einfließt, so fließt das Maß der dritten Kraftwirkung bevorzugt in gleicher Weise in die Bestimmung des zweiten Quotienten und ggf. des dritten Quotienten ein.
Das relative Bewegen in die Bewegungsrichtung erfolgt bevorzugt translatorisch. Dabei ist die Bewegungsrichtung bevorzugt parallel zu einer Oberfläche des Werkstoffes ausgerichtet. Bei alternativen bevorzugten Ausführungsformen erfolgt das relative Bewegen rotatorisch.
Das Bewegen des Magneten relativ zum Werkstoff erfolgt bevorzugt mit einem konstanten Abstand zwischen dem Magneten und dem Werkstoff. Dieser Abstand ist bevorzugt größer als 0 mm und kleiner als 100 mm.
Die erste Geschwindigkeit ist bevorzugt größer als 0 m/s und kleiner 5 m/s. Dies gilt gleichfalls für die zweite Geschwindigkeit und die dritte Geschwindigkeit.
Die magnetische Remanenzflussdichte des Magneten beträgt bevorzugt zwischen 0,1 T und 2 T.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Magnet durch einen Dauermagneten gebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert kein magnetisches Wechselfeld, was einen besonderen Vorteil des Verfahrens darstellt. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Magnet auch durch einen Elektromagneten gebildet sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für unterschiedliche Aggregatszustände des Werkstoffes geeignet. Der Werkstoff kann im einfachsten Fall fest sein. Der Werkstoff kann aber auch flüssig oder gasförmig sein und sich in einem Behältnis befinden. Auch kann der Werkstoff durch ein Plasma gebildet sein.
Der Werkstoff ist bevorzugt nichtmagnetisch, sodass die Wirkung eines vom Werkstoff rührenden permanenten Magnetfeldes nicht berücksichtigt werden muss und keine Anziehungskräfte in Richtung einer der Kraftwirkungen auftreten.
Die erfindungsgemäße Anordnung dient wie das erfindungsgemäße Verfahren der Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Werkstoffes. Die Anordnung umfasst zunächst einen Aktuator zum Bewegen eines Magneten relativ zum Werkstoff mit einer ersten Geschwindigkeit in eine Bewegungsrichtung. Dabei entsteht zwischen dem Magneten und dem Werkstoff eine Kraft, die mehrere Kraftwirkungen in unterschiedliche Richtungen umfasst. Die Anordnung umfasst weiterhin einen oder mehrere Sensoren zum Messen einer ersten der Kraftwirkungen und einer zweiten der Kraftwirkungen. Die Sensoren können beispielsweise auf einem optischen Prinzip basieren und die Verformung eines der jeweiligen Kraftwirkung ausgesetzten Teiles detektieren. Die Sensoren können aber auch durch Dehnmessstreifen oder andere Sensortypen gebildet sein. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst weiterhin eine Auswerteeinheit, die dazu konfiguriert ist, einen ersten Quotienten zu bilden, dessen Dividend das Maß der ersten Kraftwirkung umfasst und dessen Divisor das Maß der zweiten Kraftwirkung umfasst. Die Auswerteeinheit ist weiterhin dazu konfiguriert, die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes durch Anwenden eines ersten Kalibrierungsfaktors auf den ersten Quotienten zu ermitteln. Der erste Kalibrierungsfaktor wird dadurch ermittelt, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, die durch ein Bewegen des Magneten relativ zu einem ersten Referenzwerkstoff mit einer bekannten elektrischen Leitfähigkeit mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden. Der erste Referenzwerkstoff weist eine bekannte elektrische Leitfähigkeit auf.
Der bzw. die Sensoren sind bevorzugt fest in der Anordnung positioniert, während der als Werkstoffbahn ausgebildete Werkstoff an dem bzw. an den Sensoren vorbei bewegbar ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist bevorzugt auch solche Merkmale auf, welche für das erfindungsgemäße Verfahren als bevorzugt angegeben sind. Insbesondere sind der Aktuator, die Sensoren und/oder die Auswerteeinheit zur Ausführung solcher Verfahrensschritte konfiguriert, welche für das erfindungsgemäße Verfahren als bevorzugt angegeben sind.
Weitere Einzelheiten, Weiterbildungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Prinzips, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
1: eine translatorische Bewegung zwischen einem Werkstoff und einem Magneten;
2: eine rotatorische Bewegung zwischen einem Werkstoff und einem Magneten; und
3: einen prinzipiellen Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 und 2 zeigen jeweils ein Beispiel für eine Relativbewegung eines elektrisch leitfähigen Werkstoffes 01 gegenüber einem Magneten 02. Bei dem Magneten 02 handelt es sich um einen Permanentmagneten. Durch die Relativbewegung zwischen dem elektrisch leitfähigen Werkstoff 01 und dem Permanentmagneten 02 werden Wirbelströme in den Werkstoff 01 induziert, wodurch eine Kraft F zwischen dem Werkstoff 01 und dem Magneten 02 hervorgerufen wird. Die Kraft F führt zu mehreren Kraftwirkungen, insbesondere zu Kraftkomponenten F_x, F_y, F_z, welche senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Weitere Kraftwirkungen sind die Drehmomente T_x, T_y, T_z, deren Drehachsen ebenfalls senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Der Magnet 02 weist eine Remanenzflussdichte B_R auf, die von einer Magnetisierung M bewirkt wird. Der elektrisch leitfähige nichtmagnetische Werkstoff 01 weist eine elektrische Leitfähigkeit σ auf.
Bei der in 1 gezeigten translatorischen Bewegung wird der Werkstoff 01 mit der Geschwindigkeit v in die dargestellte Bewegungsrichtung gestellt. Bei der in 2 gezeigten rotatorischen Bewegung wird der Werkstoff 01 mit der Rotationsgeschwindigkeit w um die eigene Achse gedreht. Die gezeigten Bewegungen sind Beispiele für Bewegungen, wie sie für das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen sind. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es unerheblich, ob der Werkstoff 01 oder der Magnet 02 sich in Ruhe befindet bzw. bewegt wird. Entscheidend ist die Relativbewegung zwischen dem Werkstoff 01 und dem Magneten 02.
Die Kraftkomponente F_x bei der in 1 gezeigten translatorischen Bewegung stellt eine Bremskraftkomponente dar, welche parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist und wie folgt bestimmt ist: F_x = C₁(h)·B²·σ·ν
Die Kraftkomponente F_z stellt eine Hubkraft dar, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist und wie folgt bestimmt ist: F_z = C₂(h)·B²·(σ·ν)²
B ist die magnetische Flussdichte. Die Funktionen C₁(h) und C₂(h) sind numerisch bestimmbare Funktionen, die vom Abstand h zwischen dem Magneten 02 und dem Werkstoff 01 abhängen. Ein Wesensmerkmal der Funktionen C₁(h) und C₂(h) ist ihre starke Abhängigkeit von h. So ist beispielsweise die Funktion C₁(h) proportional zu h^–3. Diese starke Abhängigkeit impliziert, dass eine unbeabsichtigte Abstandsvariation von beispielsweise 1 % eine Variation der Kraft in dreifacher Höhe von 3 % verursacht. Eine ähnlich starke Abhängigkeit besteht von der Größe der Magnetflussdichte B. Diese Abhängigkeiten werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Bildung eines ersten Quotienten überwunden. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Dividend dieses Quotienten durch die Zugkraftkomponente F_z gebildet, während der Divisor durch die Bremskraftkomponente F_x gebildet ist:
Der Quotient ist nur schwach von h abhängig und von B gänzlich unabhängig.
Die Verwendung des genannten Quotienten zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffes 01 setzt eine Kalibrierung in Bezug auf die zur Anwendung kommende Geschwindigkeit v bzw. w voraus. Im einfachsten Fall erfolgt eine 1- Punkt-Kalibrierung, bei welcher genau ein Referenzwerkstoff mit bekannter elektrischer Leitfähigkeit verwendet wird und das Bewegen des Werkstoffes gegenüber dem Magneten genau mit einer Geschwindigkeit erfolgt. Bevorzugt erfolgt eine 2-Punkt- Kalibrierung oder eine 5-Punkt-Kalibrierung, bei denen zwei bzw. fünf Werkstoffe mit bekannter elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden. Beim Kalibrieren werden der Werkstoff 01 und der Magnet 02 in gleicher Weise zueinander relativ bewegt, wie dies beim Messen der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffes 01 erfolgt. Beim Kalibrieren werden die Zugkraft F_z und die Bremskraft F_x gemessen und deren Quotient bestimmt. Dieser Quotient wird in Bezug zur bekannten elektrischen Leitfähigkeit des Referenzwerkstoffes gesetzt, sodass ein Kalibrierungsfaktor zur Verfügung steht, welcher auf den Quotienten aus der beim Bewegen des Werkstoffes 01 auftretenden Bremskraft F_x und Zugkraft F_z angewendet wird. Das Kalibrieren kann alternativ durch eine Simulation erfolgen, sodass der Kalibrierungsfaktor numerisch bestimmt wird, wofür Finite-Element- Methoden zum Einsatz kommen können.
3 zeigt einen Prinzipaufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Aufbau umfasst den Werkstoff 01, den Magneten 02 und weiterhin einen Sensor 03. Der Sensor 03 ist geeignet, die in 1 gezeigten Kraftkomponenten F_x und F_z zu messen. Der erste Quotient F* bestimmt sich wie folgt:
Die gemessenen Maße für die Zugkraft F_z und die Bremskraft F_x sind fehlerbehaftete Größen mit einem Fehler δ. Der Fehler des Quotienten F* ergibt sich als totales Differenzial δF* gemäß:
Als Material für den Referenzwerkstoff kann beispielsweise eine Aluminiumlegierung oder Kupfer gewählt werden. Bevorzugt erfolgen das Kalibrieren und das Messen durch Anwendung mehrerer Geschwindigkeiten zwischen dem Werkstoff 01 und dem Magneten 02. Auch kann der Magnet 02 durch mehrere Magnete oder auch durch Magnetsysteme gebildet sein.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Messergebnisse weitgehend unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstoffes 01 sind. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass es in den Produktionsprozess des Werkstoffes 01 integriert werden kann; insbesondere dann, wenn der Werkstoff 01 während des Produktionsprozesses kontinuierlich bewegt wird, wie beispielsweise eine Werkstoffbahn, die auf Rollen befördert wird. In diesem Fall wird der Magnet 02 fest installiert und befindet sich während der Durchführung des Verfahrens in Ruhe. Bei solchen Anwendungen kann eine kontinuierliche Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit erfolgen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es kontaktlos durchgeführt werden kann, sodass der Produktion- bzw. Bearbeitungsprozess nicht beeinflusst wird.
Bezugszeichenliste

01: Werkstoff
02: Magnet
03: Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1194743 B1 [0002, 0003]
WO 2007/053519 A2 [0004]
DE 102005046910 B4 [0005]
DE 19713418 A1 [0006]
WO 2009/156862 A2 [0007]
US 2011/0031966 A1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

H. Brauer und M. Ziolkowski: „Eddy Current Testing of Metallic Sheets with Defects Using Force Measurement“ in Serbian Journal of Electrical Engineering 5, 1 (2008) 1–10 [0003]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Werkstoffes (01), folgende Schritte umfassend: – Bewegen eines Magneten (02) relativ zum Werkstoff (01) mit einer ersten Geschwindigkeit in eine Bewegungsrichtung, wodurch zwischen dem Magneten (02) und dem Werkstoff (01) eine Kraft entsteht, die mehrere Kraftwirkungen in unterschiedliche Richtungen umfasst; – Messen einer ersten der Kraftwirkungen und einer zweiten der Kraftwirkungen; – Bilden eines ersten Quotienten, dessen Dividend das Maß der ersten Kraftwirkung umfasst und dessen Divisor das Maß der zweiten Kraftwirkung umfasst; – Ermitteln der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffes (01) durch Anwenden eines ersten Kalibrierungsfaktors auf den ersten Quotienten, wobei der erste Kalibrierungsfaktor dadurch bestimmt wird, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, die durch ein Bewegen des Magneten (02) relativ zu einem ersten Referenzwerkstoff mit einer bekannten elektrischen Leitfähigkeit mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kalibrierungsfaktor weiterhin dadurch bestimmt wird, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, die durch ein Bewegen des Magneten (02) relativ zu einem zweiten Referenzwerkstoff mit einer bekannten elektrischen Leitfähigkeit, die sich von der elektrischen Leitfähigkeit des ersten Referenzwerkstoffs unterscheidet, mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden, wobei der für den ersten Referenzwerkstoff ermittelte Quotient aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung und der für den zweiten Referenzwerkstoff ermittelte Quotient aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung zur Bestimmung einer Abhängigkeit des Kalibrierungsfaktors von der Größe des Quotienten aus dem Maß der ersten Kraftwirkung und dem Maß der zweiten Kraftwirkung verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin folgende Schritte umfasst: – Bewegen des Magneten (02) relativ zum Werkstoff (01) mit einer zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung, wodurch zwischen dem Magneten (02) und dem Werkstoff (01) die Kraft entsteht, welche die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung umfasst; – weiteres Messen der ersten Kraftwirkung und der zweiten Kraftwirkung während der Bewegung mit der zweiten Geschwindigkeit; – Bilden eines zweiten Quotienten, dessen Dividend das weitere Maß der ersten Kraftwirkung umfasst und dessen Divisor das weitere Maß der zweiten Kraftwirkung umfasst; wobei für das Ermitteln der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffes (01) weiterhin ein zweiter Kalibrierungsfaktor auf den zweiten Quotienten angewendet wird, wobei der zweite Kalibrierungsfaktor dadurch bestimmt wird, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, die durch ein Bewegen des Magneten (02) relativ zum ersten Referenzwerkstoff mit der zweiten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Anwenden des ersten Kalibrierungsfaktors auf den ersten Quotienten ein erster Wert ermittelt wird und dass durch das Anwenden des zweiten Kalibrierungsfaktors auf den zweiten Quotienten ein zweiter Wert ermittelt, wobei die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes (01) durch Interpolieren des ersten Wertes und des zweiten Wertes ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung jeweils durch eine Kraftkomponente oder durch ein Drehmoment gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftwirkung und die zweite Kraftwirkung während der Dauer des Bewegens kontinuierlich gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bewegens auftretende Veränderungen des Maßes der ersten Kraftwirkung und/oder während des Bewegens auftretende Veränderungen des Maßes der zweiten Kraftwirkung aufgezeichnet werden, um Inhomogenitäten im Werkstoff (01) zu lokalisieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraftwirkung durch eine Hubkraft zwischen dem Magneten (02) und dem Werkstoff (01) gebildet ist und dass die zweite Kraftwirkung durch eine in die Bewegungsrichtung ausgerichtete Bremskraft gebildet ist
Anordnung zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Werkstoffes (01), umfassend: – einen Aktuator zum Bewegen eines Magneten (02) relativ zum Werkstoff (01) mit einer ersten Geschwindigkeit in eine Bewegungsrichtung, wodurch zwischen dem Magneten (02) und dem Werkstoff (01) eine Kraft entsteht, die mehrere Kraftwirkungen in unterschiedliche Richtungen umfasst; – mindestens einen Sensor (03) zum Messen einer ersten der Kraftwirkungen und einer zweiten der Kraftwirkungen; und – eine Auswerteinheit, die dazu konfiguriert ist, einen ersten Quotienten zu bilden, dessen Dividend das Maß der ersten Kraftwirkung umfasst und dessen Divisor das Maß der zweiten Kraftwirkung umfasst, und die weiterhin dazu konfiguriert ist, die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes (01) durch Anwenden eines ersten Kalibrierungsfaktors auf den ersten Quotienten zu ermitteln, wobei der erste Kalibrierungsfaktor dadurch ermittelt wird, dass ein Maß der ersten Kraftwirkung und ein Maß der zweiten Kraftwirkung ermittelt werden, die durch ein Bewegen des Magneten (02) relativ zu einem ersten Referenzwerkstoff mit einer bekannten elektrischen Leitfähigkeit mit der ersten Geschwindigkeit in die Bewegungsrichtung hervorgerufen werden.