DE202011108651U1

DE202011108651U1 - Temperatur-Anlegesensor

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Publication number: DE202011108651U1
Application number: DE201120108651
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-01-16
Anticipated expiration: 2021-12-07

Abstract

Temperatur-Anlegesensor für die elektrische Messung von Oberflächentemperaturen, insbesondere an Rohrleitungen, bestehend aus wenigstens einem thermoelektrischen Wandlerelement und einem Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschelle und das Wandlerelement vom gemeinsamen Gehäuse, bestehend aus wenigstens einem Formteil, so umschlossen sind, dass hierdurch sowohl ein elektrischer Berührungsschutz für die ansonsten nicht ausreichend geschützten elektrisch aktiven Einbauten des Wandlers, wie auch eine stabile mechanische Befestigung des Wandlerelements an der Rohrschelle, realisiert wird.

Description

Das Gebrauchsmuster betrifft das Gebiet der Erfassung von Temperaturen auf Oberflächen fester Körper, insbesondere zur Messung, Fernüberwachung, Steuerung und Regelung von Prozessen. Es ist besonders an Rohrleitungen zur indirekten Temperaturmessung des darin befindlichen Fluids einsetzbar und ist durch kleine Abmessungen und eine schnelle Reaktion auf Temperaturänderungen gekennzeichnet.
Den meisten bekannten konstruktiven Ausführungsformen ist gemeinsam, dass das eigentliche elektrische Wandlerelement, z. B. eine Metalllegierung oder ein Halbleiter mit temperaturabhängigem Widerstandsverlauf, in ein festes Gehäuse integriert ist, das entweder einzeln gefertigt wurde, um das Wandlerelement anschließend eingesetzt zu bekommen, oder zusammen mit dem Wandlerelement monolithisch gegossen wurde. Besonders verbreitet sind Temperaturfühler in einem zylindrischen Hülsengehäuse. Hierfür sind metallische Rohrschellen bekannt, die solche Temperaturfühler am Rohr befestigen und den Wärmekontakt herstellen. Solche Schellen werden auch aus gewickeltem Federstahlblech gebildet. Diese Ausführungsformen haben den Nachteil, dass einerseits ein vergleichsweise hoher technologischer Aufwand zur Herstellung erforderlich ist und andererseits stets Hilfsmittel zur Verbesserung des Wärmekontaktes mit der zu messenden Oberfläche, z. B. Wärmeleitpasten auf der Basis von Silikonfetten, eingesetzt werden müssen. In aller Regel sind unnötig große Wandlergehäuse in Gebrauch, die eine große Wärmekapazität und große Gehäuse-Oberflächen besitzen, somit nur träge den Temperaturänderungen des Messobjektes folgen können und wegen der eigenen Wärmeabgabe an die Umgebung und dadurch bedingte Temperaturgradienten die Messwerte verfälschen.
Die Sensor-Konstruktion nach DE 202 08 698 U1 umgeht diese Probleme, hat aber den Nachteil, dass für eine sichere Applikation am Rohr eine relativ große Baulänge erforderlich ist und dass der Sensor versehentlich mit der falschen Seite zum Rohr montiert werden könnte, ohne dass dies bemerkt werden muss. Außerdem benötigt diese Konstruktion aus technologischen Gründen einen Steckverbinder zum Anschluss des Verbindungskabels, der wegen der geringen Dicke des Sensorbauelements besonders flach sein muss. Dies wiederum führt zur Verwendung eines speziellen, relativ steifen, Flachbandkabels, das sich in der Praxis wegen schlechter Verlegeeigenschaften als unhandlich erweist.
Es ist auch eine Sensor-Konstruktion der Grundfos A/S Dänemark bekannt, die exakt gemäß DE 202 08 698 U1 konstruiert ist, jedoch anstelle einer Silikonkautschuk-Vergussmasse eine Masse aus einem Schmelzverguss-Werkstoff verwendet, ansonsten aber die gleichen Nachteile des Vorbilds übernimmt.
Eine Konstruktion gemäß DE 20 2007 011 274 U1 , verwendet einen gleichartigen Temperaturfühler, wie in DE 202 08 698 U1 beschrieben, in einem konstruktiv angepassten Halter, der den Temperaturfühler rückseitig klemmt und mit einem Kabelbinder am Rohr fixiert wird. In diesem Halter wird gleichzeitig der Kabelstecker eingerastet, so dass eine Dichtung als Berührungsschutz zwischen Steckerstiften und Stecker unverlierbar eingefügt werden kann. Weiterhin nimmt dieser Halter einen aufgespulten Kabelvorrat auf. Diese Lösung bedingt aber so große Gesamtabmessungen, dass bereits eine beachtliche Mindestlänge des Rohres erforderlich ist, um den Sensor überhaupt montieren zu können. Eine ähnliche Konstruktion verzichtet auf den Kabelvorrat, nimmt aber den Temperaturfühler gemäß DE 202 08 698 U1 in ähnlicher Weise in einer Kunststoffkappe auf.
Charakteristisch für alle bekannten Anordnungen mit einem Gehäuseteil, das sowohl den Temperaturfühler, wie auch eine Rohrschelle miteinander zu einer mechanischen Einheit verbindet, ist, dass das Gehäuse keine Isolier-, Schutz- oder Wärmeleitungs-Funktion für den eigentlichen aktiven Teil des Sensors übernimmt, sondern ausschließlich einer besseren Montage des kompletten, also prinzipiell auch einzeln verwendbaren, Temperaturfühlers am Rohr dient. Somit sind diese Gehäuse auch prinzipiell nicht für eine Miniaturisierung des Temperatursensors insgesamt geeignet.
Ferner sind Foliensensoren bekannt, die einen dünnen und biegsamen Sensordraht in sich aufnehmen und zur unmittelbaren Befestigung an Oberflächen geeignet sind. Eine solche Bauform ist jedoch nicht für dickere oder kristalline Wandlerelemente geeignet und ist in rauen Einsatzgebieten, wie Industrie- und Gebäudeinstallationen, nicht einsetzbar.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, einen kompletten montagefertigen Temperatur-Anlegesensor zu schaffen, dessen Konstruktion eine prinzipiell kleine Ausführung und kostengünstige Herstellung und die direkte Applikation ohne zusätzliche Hilfsmittel ermöglicht. Dieser Anlegesensor soll mechanisch so robust ausführbar sein, dass er auch in industriellen Anwendungen, in der Gebäudetechnik und bei Sanitärinstallationen ohne Einschränkungen einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den übrigen Ansprüchen gegeben.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der 1 bis 4 erläutert. Hierbei zeigen
1 einen montagefertigen Rohr-Anlegesensor in erfindungsgemäßer Ausführung,
2 den gleichen Anlegesensor in zerlegter Darstellung,
3 eine Seitenansicht der Trägerplatine zu 2,
4 das Gehäuse des Sensors nach 1 als Spritzgussteil.
Der montagefertige Anlegesensor nach 1 besteht aus dem eigentlichen Sensorkörper 1, gefertigt aus einem temperaturstabilen Kunststoff, und dem Halteband 2, einem temperaturstabilen Kabelbinder mit Wiederöffnungs-Funktion als Rohrschelle. Das Halteband ist vom Sensorgehäuse fest aber noch verschiebbar umschlossen, so dass es bereits vom Hersteller als montagefertige Einheit geliefert werden kann. An der Innenfläche des Sensorgehäuses befindet sich ein Fenster 3, durch welches der Wärmekontakt zwischen der Oberfläche des Rohres und dem Sensorbauelement hergestellt wird. Entlang der Fensterfläche wird ein weicher Silikonschlauch 4 vom dahinter liegenden Sensorbauelement 5 (in dieser Ansicht verdeckt) so hindurch gepresst, dass er die Innenfläche des Gehäuses leicht überragt. Wird der Sensor nun mit dem Halteband am Rohr befestigt, so entsteht vor allem ein Flächendruck auf den Silikonschlauch im Fenster. Auf diese Weise wird einerseits ein guter Wärmekontakt hergestellt, andererseits aber auch der Gehäuse-Innenraum zuverlässig nach außen abgedichtet. Da das Gehäuse aus einem wenig wärmeleitendem Material besteht und somit nur das miniaturisierte Sensorbauelement selbst den Oberflächentemperaturen des Rohres folgen muss, wird eine äußerst schnelle Reaktionszeit des Sensors bei kleinsten Verfälschungen der Messwerte erreicht.
Gemäß 2 befindet sich im Innern des von zwei Gehäuse-Halbschalen 6 und 7 umschlossenen Sensors eine Trägerplatine 8 als gedruckte Schaltung, auf die das Sensorbauelement 5 und das Anschlusskabel 9 gelötet sind. Auch andere Technologien, wie z. B. Schweißen, sind zur Kontaktgabe geeignet. Vor der Endmontage des Gehäuses wird ein Silikonschlauch 4 so über die Trägerplatine geschoben, dass er sie in der gesamten Länge, also auch in der gesamten Fläche, umschließt. In beiden Gehäuse-Halbschalen befinden sich gewölbte Durchlässe 10, 11, die das Halteband aufnehmen, während dieses gleichzeitig von Hinten auf die Trägerplatine und den Sensor drückt und für guten Wärmekontakt sorgt.
3 zeigt den montierten Silikonschlauch in der Seitenansicht, wobei 4' die Lage vor der Gehäusemontage andeutet. Bei der Montage wird der Schlauch in die dargestellte Endlage verdrängt.
In 4 ist das Gehäuse als Formteil dargestellt. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Positionen erkennt man eine Zugentlastung 12 für das Anschlusskabel, Rastnasen 13 und ein Filmscharnier 14 für die schnelle Montage, sowie ein zusätzliches Fenster 15, das zur Materialersparnis dient, weil das Halteband den rückseitigen Verschluss des Gehäuses bereits ausreichend gewährleistet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20208698 U1 [0003, 0004, 0005, 0005]
DE 202007011274 U1 [0005]

Claims

Temperatur-Anlegesensor für die elektrische Messung von Oberflächentemperaturen, insbesondere an Rohrleitungen, bestehend aus wenigstens einem thermoelektrischen Wandlerelement und einem Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschelle und das Wandlerelement vom gemeinsamen Gehäuse, bestehend aus wenigstens einem Formteil, so umschlossen sind, dass hierdurch sowohl ein elektrischer Berührungsschutz für die ansonsten nicht ausreichend geschützten elektrisch aktiven Einbauten des Wandlers, wie auch eine stabile mechanische Befestigung des Wandlerelements an der Rohrschelle, realisiert wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Fenster aufweist, durch welches das Wandlerelement selbst, oder eine zusätzliche Umhüllung dieses Wandlerelements, hindurch ragt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Wandlerelement auf einer Trägerplatine montiert ist, die elektrische Leiterbahnen enthält, und sowohl zur mechanischen Befestigung des Wandlerelements im Gehäuse, wie auch zu dessen elektrischer Verbindung mit der Zuleitung des Sensors dient.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement mit einem isolierenden dünnwandigen Material überzogen ist, das die elektrisch leitenden Flächen abdeckt, gleichzeitig aber den Wärmekontakt von außen zum Wandlerelement gewährleistet.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende dünnwandige Material ein elastisches Schlauchstück ist, das sowohl das Wandlerelement, wie auch die Trägerplatine mit der Zuleitung gemeinsam nach außen elektrisch isoliert.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende dünnwandige Material eine Vergussmasse, insbesondere aus Silikonkautschuk oder einem Schmelzverguss, ist, die auf das Wandlerelement und die Trägerplatine aufgetragen wurde.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschelle ein Kunststoff-Kabelbinder ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus zwei Halbschalen besteht, die für die Montage mittels vorhandener Rasthaken ineinander geschnappt werden.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Halbschalen durch ein Filmscharnier miteinander verbunden sind und zur Montage zusammengeklappt und eingerastet werden.