Funktionsprinzip der Magnetisierspule
Die Magnetisierspule (auch Solenoidspule) ist ein zylindrisches Wickelgebilde aus mehreren Windungen eines stromdurchflossenen Leiters. Wird ein Bauteil axial in die Spule eingeführt, entsteht im Inneren ein nahezu homogenes Längsmagnetfeld entlang der Bauteilachse — man spricht von longitudinaler Magnetisierung. Diese Methode ist besonders geeignet, um Querfehler (Risse quer zur Längsachse) in stab- oder rohrförmigen Bauteilen nachzuweisen.
Feldstärke und Windungszahl
Die magnetische Feldstärke H im Inneren einer langen Solenoidspule ergibt sich aus:
H = (N · I) / L
wobei N die Windungszahl, I der Erregerstrom in Ampere und L die aktive Spulenlänge in Metern ist. Praxisrelevant ist vor allem die Durchflutung Θ = N · I (in Amperewindungen, AW). Normative Vorgaben (z. B. EN ISO 9934-1) fordern für die Prüfung ferromagnetischer Bauteile eine tangentiale Feldstärke von 2–6 kA/m an der Bauteiloberfläche, gemessen mit einem kalibrierten Tangentialfeldsensor (Hallsonde).
Füllverhältnis
Das Füllverhältnis (engl. fill factor) beschreibt das Verhältnis des Bauteilquerschnitts zum Spuleninnenquerschnitt. Ein hohes Füllverhältnis (Bauteil füllt die Spule gut aus) führt zu einem effizienten Feldaufbau und geringem Streufeldverlust. Bei kleinen Bauteilen in großen Spulen sinkt das Füllverhältnis; die effektive Feldstärke im Bauteil muss dann experimentell oder rechnerisch verifiziert werden. Als Faustregel gilt: Füllverhältnis > 10 % anstreben.
Anwendungsgebiete
- Stäbe, Wellen und Bolzen: Klassiches Anwendungsfeld; das Bauteil wird axial durch die Spule geführt oder in einer stationären Spule positioniert.
- Rohre: Außen- und Innenprüfung; bei dünnwandigen Rohren kann ein zusätzlicher Kern (Kern-in-Rohr) die Effizienz steigern.
- Ringspulen für Rohrendprüfung: Kompakte Ausführungen für den Einsatz direkt an Rohrenden ohne vollständiges Einführen.
Stationäre Tauchanlagen mit Spulensystem
In der industriellen Serienfertigung werden Magnetisierspulen häufig als fester Bestandteil von stationären Tauchanlagen eingesetzt. Das Bauteil wird mechanisch in die Spule eingeführt, magnetisiert, mit nassem Magnetpulver (Suspension) besprüht und unter UV-A- oder Weißlicht ausgewertet. Diese vollautomatisierten oder halbautomatischen Linien erreichen hohe Prüftakte mit reproduzierbaren Magnetisierungsparametern.
Kontinuierliches Verfahren und Restkraftverfahren
Bei der Magnetpulverprüfung mit Spulen kommen zwei grundlegende Verfahrensvarianten zum Einsatz:
- Kontinuierliches Verfahren: Magnetisierungsstrom und Prüfmittelauftrag erfolgen gleichzeitig. Das Magnetfeld ist während der gesamten Auswertephase aktiv. Höchste Empfindlichkeit, da der induzierte Fluss maximale Streufelder an Fehlstellen erzeugt.
- Restkraftverfahren (Remanenzverfahren): Die Magnetisierung wird vor dem Prüfmittelauftrag abgeschaltet. Das Bauteil muss eine ausreichend hohe Remanenz aufweisen (hartmagnetisches Werkstoffverhalten). Einfacher in der Handhabung, aber weniger empfindlich als das kontinuierliche Verfahren.
Normen
Magnetisierspulen und ihre Anwendung sind in EN ISO 9934-1 (Allgemeine Grundsätze), EN ISO 9934-3 (Ausrüstung), ASTM E1444 sowie den branchenspezifischen Regelwerken (z. B. NADCAP-Anforderungen für Luftfahrt) geregelt.