Anlege-Thermoelement

Ein Anlege-Thermoelement misst die Temperatur einer Maschinenoberfläche oder einer angebohrten Messstelle, indem es einen gefederten Fühler dagegenpresst. Die Messstelle sitzt in einer kleinen Edelstahlspitze, und der Körper, der sie trägt, ist eine drehende Klemme mit verlängerter Feder, sodass sich die Eintauchtiefe an der Messstelle festlegen lässt und nicht durch die Länge des Fühlers vorgegeben ist. An Spritzgießmaschinen, Extrudern, Formen und Heizbändern ist das meist der praktische Unterschied: Der Fühler muss in eine Düse, einen Zylinder oder ein Band gedrückt werden, wo für eine Gewindemontage kein Platz und für einen Schraubenschlüssel kein Zugang ist.

Die Ausführung auf dieser Seite ist standardmäßig Typ K, wobei Typ E und ein PT100-Widerstandselement im selben Gehäuse angeboten werden. Typ K deckt 0 bis 800 °C ab, Typ E 0 bis 400 °C und der PT100 -200 bis 450 °C. Der Gewindekopf besteht aus Edelstahl M12×1,5 und lässt sich abschrauben, sodass ein einfaches Anlege-Thermoelement verbleibt, wo kein Gewindestutzen vorhanden ist. Die Leitung ist ein Geflecht aus Edelstahl über einer geschirmten Hochtemperaturleitung in Längen von 1 bis 5 m, und der Werkstoff der Spitze ist Eisen.

Die Messstelle ist verschweißt und nicht verdrillt. Das gelieferte Material hebt dies eigens hervor: Die beiden Adern werden in der Spitze durch Lichtbogenschweißen unter Argon verbunden und mit einem Hochfrequenz-Keramikröhrchen isoliert; das ist ein anderer Aufbau als die übliche Praxis, die Adern lediglich zu verdrillen, und genau dieser Unterschied zeigt sich als Stabilität am oberen Ende des Messbereichs.

Wie ein Thermoelement arbeitet

Ein Thermoelement erzeugt eine Spannung und keinen Widerstand. Zwei unterschiedliche Metalle, an einem Punkt verbunden, erzeugen eine kleine Potenzialdifferenz, wenn diese Verbindungsstelle eine andere Temperatur hat als das andere Ende der Drähte, und die Spannung beträgt einige zehn Mikrovolt je Grad. Dem Fühler muss für seine Funktion nichts zugeführt werden, weshalb ein Thermoelement für das obere Ende des Temperaturbereichs geeignet ist, an dem ein Widerstandselement driften würde, und weshalb es sehr klein gebaut werden kann.

Dasselbe Prinzip setzt die Grenzen. Da die Spannung zwischen der Messstelle und den Klemmen entsteht, an denen die Drähte ankommen, gehört die Temperatur dieser Klemmen zur Messung: Das Messgerät muss die Klemmtemperatur kennen und sie kompensieren. Ebenso bedeutet es, dass der Stromkreis durchgehend mit der passenden Thermoelementleitung aufgebaut werden muss. Jede Stelle, an der die Thermoelementleitung auf einen Kupferleiter trifft, ist selbst eine Thermoelement-Messstelle, und eine, die nicht auf Klemmtemperatur liegt, trägt einen Fehler bei statt einer Verbindung.

Die beiden Ausführungen der Messstelle im gelieferten Material folgen aus dem Aufbau der Spitze. Bei einer geerdeten Messstelle steht die Schweißverbindung zugleich in elektrischem Kontakt mit dem Mantel, die Wärme erreicht sie daher schnell und die Ansprechzeit ist kurz, doch der Messkreis ist mit allem verbunden, was der Mantel berührt. Bei einer nicht geerdeten Messstelle sitzt die Verbindung isoliert in der Spitze, was den Kreis trennt, dafür aber mit einer langsameren Ansprechzeit bezahlt wird. Das Material bietet beide an und nennt für keine von beiden eine Ansprechzeit; die Wahl richtet sich daher nach der Montage und nicht nach einem veröffentlichten Wert.

Zwei weitere praktische Eigenschaften ergeben sich aus der Bauart. Das Geflecht über der Leitung ist zugleich mechanischer Schutz und Schirmung, was an einer Maschine mit Antrieben und Heizungen zählt, an der ein ungeschirmtes Millivolt-Signal Störungen aufnimmt. Und der Mantel besteht aus Edelstahl, während die Spitze aus Eisen ist, sodass der Fühler den Kontakt zur Maschine verträgt, ohne dass die Leitung steif und spröde wird, wie es eine einfache Polymerleitung nahe einem heißen Band täte.

Auswahl des passenden Anlege-Thermoelements

Beginnen Sie mit der Temperatur und dem Messgerät. Der Thermoelementtyp folgt dem Bereich: Typ K bis 800 °C, Typ E bis 400 °C oder die PT100-Variante dort, wo ein Widerstandselement besser zum Messgerät passt. Von dort aus ist die Entscheidung vorgegeben, denn der Fühler muss zum Eingangstyp des Temperaturmessgeräts passen, an das er angeschlossen wird. Ein PT100 an einem Typ-K-Eingang liefert eine plausible und falsche Anzeige, und genau darauf weist das gelieferte Material hin.

Danach folgt die Montage. Hat die Maschine an der Messstelle einen Gewindestutzen, wird der Edelstahlkopf M12×1,5 eingeschraubt und die Feder stellt den Anpressdruck ein. Ist das nicht der Fall, wird der Kopf abgeschraubt und der Fühler direkt angeklemmt. Die Klemmaufnahme misst 11,5 mm innen und 13 mm außen bei 18 mm Höhe, und Ausführungen mit 12 mm und 14 mm sind auf Bestellung erhältlich; die Aufnahme muss also zu dem Stutzen oder der Bohrung passen, in der sie sitzt.

Danach die Ausführung der Messstelle, geerdet oder nicht geerdet, aus den oben genannten Gründen: Geschwindigkeit gegen Trennung.

Dann die Leitung. Der Standardbereich ist 1 bis 5 m, wobei 1 m, 5 m und 7 m als übliche Längen genannt sind und andere Längen auf Bestellung erhältlich sind. Eine Strecke über den Standardbereich hinaus bedeutet eine Verlängerung, und eine Verlängerung muss aus derselben Thermoelementleitung mit passenden Steckverbindern hergestellt werden; das gelieferte Material nennt diese nicht. Verläuft die Leitung nahe einer heißen Oberfläche oder entlang einer bewegten Achse, ist das Geflecht ihr Schutz, und der minimale Biegeradius dafür ist nicht angegeben.

Zum Schluss der Anschluss. Gabelschuhe sind Standard, rot auf Plus und blau auf Minus. Nimmt die Geräteklemme keinen Gabelschuh auf, können Stiftschuhe auf Bestellung gefertigt werden.

Grenzen und zu klärende Punkte

Der Fühler ist für sich genommen kein rückführbares Messgerät. Das gelieferte Material nennt keine Genauigkeitsklasse und keine Toleranz für das Thermoelement und keine Ansprechzeit, weshalb diese Seite zwar die Bereiche angibt, aber keine Messunsicherheit. Wo ein Messwert belegt werden muss, ist das Thermoelement mit einem Messumformer oder Messgerät zu kombinieren, dessen Genauigkeit bekannt und idealerweise gegen ein Normal geprüft ist.

Die Leitung ist eine Grenze, die leicht übersehen wird. Ein Fühler, der an der Spitze für 800 °C ausgelegt ist, bedeutet nicht, dass die Leitung 800 °C übersteht, und das gelieferte Material nennt weder die Temperaturbelastbarkeit der Leitung noch die ihrer Isolierung. Die Messstelle und der Weg der Leitung sind daher getrennt zu betrachten.

Mehrere im Material genannte Eigenschaften sind nicht beziffert. Der Fühler wird als biegsam und als druckbeständig beschrieben, doch weder ein minimaler Biegeradius noch ein Druckwert werden genannt; beides wird hier daher nicht veröffentlicht. Das Material nennt außerdem einen Standardbereich der Leitung von 1 bis 5 m und führt anschließend 7 m unter den üblichen Längen auf, was außerhalb dieses angegebenen Bereichs liegt.

Schließlich ist die Identifikation offen. Das gelieferte Material nennt den Thermoelementtyp im Modellfeld und keine Teilenummer, und ein Thermoelementtyp ist jedem Anbieter dieses Thermoelements gemeinsam; er wird hier daher nicht als Kennung verwendet. Eine Bestellung sollte den Thermoelementtyp, die Ausführung der Messstelle, die Leitungslänge, den Anschluss und die Abmessungen der Klemmaufnahme angeben.